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研究人员通过将植物来源的叶绿体的基本成分移植到软骨细胞中，生成了可进行光合作用的哺乳动物细胞。当移植到患有骨关节炎的小鼠的退化软骨细胞中时，光反应系统会驱动合成代谢，防止疾病进展。

这种策略不仅展示了临床实用性，还可以通过使用由不同类型的成熟哺乳动物细胞制成的膜涂层来治疗多种退行性疾病。它还对生产生物燃料和生物材料有影响。“我们认为这项工作表明，即使是对天然生物材料进行相对有限的人工修饰，也可以为各种应用实现特定功能，”第一作者陈鹏飞和资深作者林先峰在相应的研究简报中写道。

基本合成代谢

为了驱动细胞合成代谢以产生复杂分子，需要有足够的能量(ATP)和还原剂(NADPH)。植物在类囊体的光合作用过程中产生ATP和NADPH，类囊体是一种在植物细胞叶绿体内发现的囊。

功能失调的合成代谢是许多疾病的征兆。一些疾病治疗旨在让合成代谢再次进行，并补充身体对这些分子的供应。但很长一段时间以来，很难找到一种方法来修复不能正常工作的合成代谢，并在它们不够高时提高ATP和NADPH的水平。简而言之，在临床治疗学和细胞生物学中，很难将能量提供给细胞。患病细胞需要以可控的方式获得适量的这些物质。

光合哺乳动物细胞

为了增加动物细胞中ATP和NADPH的供应，浙江大学医学院的研究人员从称为纳米类囊体单位(NTU)的叶绿体中创建了纳米级结构。为了克服免疫监视，他们表明移植包被在目标细胞群膜上的NTU是可能且有用的。研究人员表明，将NTU移植到功能失调的软骨细胞中可以恢复合成代谢。此外，将NTU移植到骨关节炎小鼠的软骨细胞中可防止疾病进展。

该策略也不仅限于软骨细胞，还具有广泛的临床应用。原则上，由于可互换的涂层策略，它具有普遍性，因此可用于治疗多种退行性疾病。“我们希望进行早期临床试验，以测试NTU在退行性疾病中的作用，”作者写道。

这种光合作用系统不仅可以用于医学，还可以用来改变细胞的新陈代谢，从而产生生物燃料和其他有用的化学物质。利用基于光合作用系统的纳米技术促进细胞的新陈代谢，可以增加生物燃料的产量，同时降低成本。这可以减少对化石燃料的需求，进而减少释放到空气中的导致气候变化的二氧化碳和其他气体的数量。该技术还可用于构建化学合成平台——例如，在不产生二氧化碳的情况下利用资源制造化学试剂。