一、一颗细胞如何”生”出两个不同的自己
生命的奇妙，从一颗受精卵分裂开始。一个细胞变成两个，两个变成四个——但这绝不是简单的复制。干细胞分裂后，有的变成神经元，有的变成心肌细胞，它们的命运从不对称分裂那一刻就已注定。这种让”相同”变成”不同”的能力，是生命生长发育的核心基础，也是困扰科学界数十年的未解之谜。
长期以来，研究人员试图在实验室里复刻这一过程，但人工合成的细胞始终缺乏”不对称”的能力——它们只能一分为二地复制自己，却无法像天然细胞那样，分裂出形态、功能各不相同的子代。这道鸿沟，阻碍着人类对生命本质的理解，也制约着合成生物学和再生医学的发展。
2026年5月13日，中国科学院化学研究所乔燕、王树研究团队联合国内外多支科研力量，在《自然》期刊发表重磅论文，首次实现了人工细胞形态与功能的不对称分裂。这项成果不仅填补了化学、材料与合成生物学交叉领域的技术空白，更为人类探索生命起源、开发新型生物医药和智能传感技术开辟了全新道路。
二、”剥离式”分裂：让机器也学会”偏心”
要理解这项突破的难度，得先了解天然细胞不对称分裂的精妙机制。在真实的生命体中，细胞内部存在精密的空间组织和功能分区——细胞核位于特定位置，细胞器各有其位，细胞膜上的蛋白质呈不对称分布。这种空间的不均等，直接决定了分裂后两个子细胞的命运差异。
然而，人工合成的细胞——学名叫”合成细胞”或”人工细胞”——通常是均匀的液滴结构。内部没有空间区隔，自然也无法实现”不对称”。正因如此，人工细胞的不对称分裂，长期以来被业界视为”世界性研究难题”。
中科院团队的解决思路出人意料：既然天然细胞靠内部结构实现不对称分裂，那就让人工细胞也”长出”结构。
他们提出了”瞬态化学不均一、界面能梯度诱导不对称分裂”的新思路。具体做法是：首先制备含有特殊物质的液滴，利用化学反应在液滴内部制造出化学成分的梯度分布；然后通过酶催化反应，触发液滴表面的形变——表面逐渐凹陷，形成类似”核—壳”的界面分界；最终，液滴分裂成两种完全不同的结构：一种是液晶液滴，另一种是多层囊泡。
“就像一颗种子分裂成了果实和根茎，它们虽然来自同一个母体，但形态和功能完全不同。”论文通讯作者乔燕这样形容这一过程。
三、为什么”碱性磷酸酶”是关键钥匙
在这项研究中，碱性磷酸酶扮演了至关重要的角色。当研究人员将这种酶加入人工细胞后，它开始催化液滴内部的化学反应，消耗特定底物，产生磷酸盐离子。这些离子的释放会导致液滴内部的化学环境发生变化，形成浓度梯度。
更关键的是，化学反应还会改变液滴表面的张力分布。张力低的地方更容易拉伸，张力高的地方则保持稳定。这种张力的不均衡，最终驱动液滴表面发生形变——就像有人在气球表面按压，气球会向一侧凹陷。
随着凹陷逐渐加深，液滴最终被”撕裂”成两个独立的部分。但这次的”撕裂”并非简单的对半分开，而是形成了两种截然不同的结构：一个是内部有序排列的液晶液滴，另一个是外部包裹、内部空心的多层囊泡。
“这就像掰开一颗石榴，里面的籽排列方式和外面果皮的形态完全不同，但它们本是一体。”王树研究员解释道。
四、实验揭示的通用规律
初步成功之后，研究团队开始追问：这种不对称分裂是”巧合”还是”必然”？能否通过调控条件，实现对分裂方式的精准控制？
一系列实验给出了令人振奋的答案。
研究团队发现，通过调节金属离子浓度、酸碱度，或者更换核苷酸物质，都能成功触发不对称分裂。这说明这一机制具有很强的通用性，不依赖于某一种特定的化学反应。
更有趣的发现是：只有具备”结构化层状液晶有序结构”的人工细胞才能完成不对称分裂。那些内部结构混乱的无序液滴，在遭遇相同条件时，只会直接解体，而非分裂。
“这揭示了一个重要规律：结构决定功能。”乔燕强调，”没有内部结构的有序化，就无法实现功能上的不对称。”
更重要的是，分裂后的子代细胞竟然”继承”了母体的某些活性物质。更进一步，两个子细胞还出现了功能区分：液晶液滴形态的子细胞，主要负责稳定储存物质；囊泡形态的子细胞，则倾向于向外释放所承载的分子。
这种”代际功能差异”，与天然细胞的不对称分裂高度相似，意味着人工细胞第一次真正具备了”分化”的能力。
五、从生命起源到精准医疗
这项突破的意义，远不止于技术层面的创新。它的影响，将渗透到生命科学、医学和材料学的多个领域。
探索生命起源的新实验模型
生命是如何从无序走向有序的？第一个细胞是如何实现功能分化的？这些问题困扰了科学家上百年。传统研究只能依赖化石记录或计算机模拟，但中科院团队的人工细胞模型，提供了一种全新的实验手段。
通过人为设计化学条件，观察人工细胞如何从对称走向不对称，如何实现功能分化，科学家得以在实验室里”重演”数十亿年前可能发生的故事。
生物医药的新可能
在药物递送领域，不对称分裂的发现带来了新思路。如果人工细胞能够精准地”分配”物质——一个子细胞储存药物，另一个子细胞释放药物——那么设计更智能的给药系统就成为可能。
此外，研究中涉及的脂质体、囊泡等结构，本身就是重要的药物载体。理解它们如何形成、如何分裂，有望帮助研究人员设计出更高效的纳米药物递送平台。
智能传感的新材料
分裂产生的液晶液滴和多层囊泡，对温度、光照、化学物质等外部刺激具有不同的响应特性。这意味着它们可以被设计成”智能传感器”——通过检测分裂产物的变化，推断环境中的特定物质浓度。
这种应用场景，包括环境监测、食品安全检测和医疗诊断等多个领域。
六、为什么中国团队能率先突破
值得注意的是，这项成果由中科院化学所主导，联合了美国、德国、新加坡等多国科学家。那么，为什么中国团队能在这一领域率先取得突破？
首先，学科交叉是核心优势。不对称分裂涉及化学、材料科学、生物学和计算科学的多学科交叉。中科院化学所是国内少有的在界面化学、软物质科学和合成生物学领域均有深厚积累的研究机构，这为跨学科研究提供了土壤。
其次，长期积累是关键基础。乔燕、王树团队在液滴界面化学和人工细胞构建方面已有十余年的研究历史。从最初的简单液滴，到后来的功能化液滴，再到如今的具备空间结构的人工细胞，每一步都是在前人基础上的稳步推进。
第三，国际合作提供了多元视角。这项研究邀请了美国加州大学、欧洲分子生物学实验室等机构的科学家参与，不同文化背景的思维方式碰撞，激发了创新灵感。
七、挑战与展望
尽管取得了重要突破，研究团队也清醒地认识到，距离真正模拟天然细胞的不对称分裂还有很长的路要走。
目前的分裂效率、产物纯度和可重复性，仍需进一步优化。如何将这一技术从实验室规模放大到工业生产水平，也是亟待解决的问题。
此外，人工细胞与天然细胞的融合，是另一个值得关注的方向。如果人工细胞能够与活体细胞进行物质交换或信号传递，将为再生医学和组织工程开辟新的可能性。
“我们的目标不是模仿生命，而是理解生命，最终创造服务于人类的新体系。”乔燕表示。
结语
从《自然》期刊发表，到科学界的高度关注，中科院化学所这项关于人工细胞不对称分裂的研究，向世界展示了中国科学家在基础研究领域的原创能力。它不仅回答了一个困扰学界多年的科学问题，更为生物医药、智能材料乃至生命起源的探索，提供了全新的工具和思路。
当一颗人工合成的液滴学会了”偏心”，人类对生命本质的理解，或许也将迎来一次不对称的分叉。
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