在圣地亞哥索爾克生物研究所，研究人員成功開發(fā)了能夠進(jìn)行光合作用的工程化人類細(xì)胞。這些細(xì)胞經(jīng)過基因改造后含有植物來源的光合作用相關(guān)基因和色素蛋白，在光照條件下可自主產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）和還原力，為組織修復(fù)提供持續(xù)能量?！霸谛募」Ｋ滥Ｐ椭?，這些‘光合作用細(xì)胞’在光照下將心肌細(xì)胞存活率提高了3倍，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，“這為缺血性疾病的治療開辟了全新的能量供應(yīng)途徑?！?/p>
從外部供能到自主產(chǎn)能的治療突破
光合作用細(xì)胞治療代表著再生醫(yī)學(xué)能量供給范式的根本變革。傳統(tǒng)細(xì)胞治療面臨植入細(xì)胞在缺血環(huán)境中能量供應(yīng)不足的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，特別是在心肌梗死、腦卒中、糖尿病足等缺血性疾病中，移植細(xì)胞存活率往往不足10%。新型光合作用細(xì)胞通過將植物光合系統(tǒng)與哺乳動(dòng)物細(xì)胞代謝系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在光照條件下自給自足的能量供應(yīng)，極大地提高了治療細(xì)胞在缺血環(huán)境中的生存能力和修復(fù)功能。
2026年9月，歐洲藥品管理局批準(zhǔn)了首個(gè)用于治療缺血性心肌病的光合作用細(xì)胞治療產(chǎn)品。該產(chǎn)品從患者自體脂肪干細(xì)胞改造而來，通過冠狀動(dòng)脈注射到心肌缺血區(qū)域。二期臨床試驗(yàn)顯示，在每天2小時(shí)的光照輔助下，治療組左室射血分?jǐn)?shù)比對(duì)照組多提高了8.7%，心肌瘢痕面積減少了42%。
技術(shù)平臺(tái)的三維突破
光合作用細(xì)胞治療的發(fā)展基于三大技術(shù)維度的創(chuàng)新：
光合基因跨物種表達(dá)系統(tǒng)：研究人員成功破解了將植物光合作用相關(guān)基因在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高效表達(dá)的密碼。通過優(yōu)化密碼子使用、添加哺乳動(dòng)物特異性信號(hào)肽和設(shè)計(jì)新型啟動(dòng)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光系統(tǒng)II、細(xì)胞色素b6f復(fù)合物和ATP合酶在人類細(xì)胞中的功能整合。最新系統(tǒng)包含28個(gè)工程化基因，光合效率達(dá)到自然植物的35%。
光能傳遞與利用優(yōu)化平臺(tái)：通過整合納米材料和生物工程，研究人員顯著提高了光合作用細(xì)胞的光能利用效率。新型光敏蛋白變體的開發(fā)將光吸收范圍擴(kuò)展到700-800nm的近紅外區(qū)域，不僅能穿透數(shù)厘米組織，還避免了紫外線的DNA損傷風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，優(yōu)化的電子傳遞鏈設(shè)計(jì)確保了光照激發(fā)的高能電子能高效轉(zhuǎn)化為ATP和還原力。
安全控制系統(tǒng)：所有光合作用細(xì)胞都包含多重安全控制開關(guān)。光學(xué)開關(guān)確保光合作用僅在外部特定波長(zhǎng)光照下激活；代謝開關(guān)防止細(xì)胞在正常氧分壓下過載產(chǎn)生活性氧；程序性凋亡開關(guān)在細(xì)胞完成任務(wù)后自動(dòng)啟動(dòng)。在小鼠模型中，這些安全開關(guān)確保了治療的安全可控性。
臨床應(yīng)用的全新維度
在糖尿病足潰瘍治療中，光合作用干細(xì)胞展現(xiàn)出卓越的修復(fù)能力。通過局部注射工程化的間充質(zhì)干細(xì)胞，并在傷口表面使用可穿戴式光照裝置，這些細(xì)胞在傷口處形成“微型能量工廠”，為組織修復(fù)提供持續(xù)能量和生長(zhǎng)因子。三期臨床試驗(yàn)顯示，接受該治療的患者傷口愈合時(shí)間從平均9.2周縮短至3.8周，完全愈合率從47%提高至89%。
在神經(jīng)再生領(lǐng)域，光合作用細(xì)胞為脊髓損傷治療帶來新希望。移植到損傷部位的光合作用少突膠質(zhì)前體細(xì)胞，在外部光照刺激下，持續(xù)產(chǎn)生能量支持髓鞘再生和軸突生長(zhǎng)。在靈長(zhǎng)類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，這種治療使運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度比傳統(tǒng)細(xì)胞治療提高了2.5倍，且無腫瘤形成風(fēng)險(xiǎn)。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程快速推進(jìn)
光合作用細(xì)胞治療領(lǐng)域正形成新興產(chǎn)業(yè)鏈。2026年全球該領(lǐng)域投資總額達(dá)105億美元，較上年增長(zhǎng)380%。傳統(tǒng)細(xì)胞治療公司如Mesoblast、Vericel積極轉(zhuǎn)型，而專注于光合作用技術(shù)的初創(chuàng)企業(yè)如PhotoCell、Sun Therapeutics獲得多輪融資。
生產(chǎn)工藝取得重要突破。新型光生物反應(yīng)器的開發(fā)使光合作用細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)成為可能，單個(gè)反應(yīng)器每次可生產(chǎn)1010個(gè)功能性細(xì)胞，光能轉(zhuǎn)化效率達(dá)到12%。質(zhì)量控制方面，建立了基于葉綠素?zé)晒夂脱蹼姌O的光合活性檢測(cè)體系，確保每批產(chǎn)品具有穩(wěn)定的能量生產(chǎn)能力。
個(gè)性化治療的能源適配
最前沿的進(jìn)展在于針對(duì)患者個(gè)體光照條件優(yōu)化的細(xì)胞治療。通過分析患者生活環(huán)境中的自然光照模式和醫(yī)療光照設(shè)備的可用性，人工智能系統(tǒng)可設(shè)計(jì)出與個(gè)體生活習(xí)慣完全匹配的光合作用細(xì)胞。在老年黃斑變性治療中，這種個(gè)性化方案根據(jù)患者每日戶外活動(dòng)時(shí)間調(diào)整細(xì)胞的光合特性，使治療有效率從標(biāo)準(zhǔn)化方案的52%提高至81%。
在腫瘤治療中，研究人員開發(fā)了可被腫瘤微環(huán)境特異性激活的光合作用免疫細(xì)胞。這些細(xì)胞在正常組織中保持休眠，僅在腫瘤的低氧酸性環(huán)境中啟動(dòng)光合作用，產(chǎn)生能量支持CAR-T細(xì)胞的持續(xù)抗腫瘤活性。在實(shí)體瘤模型中，這種策略將CAR-T細(xì)胞的持久性延長(zhǎng)了4倍，腫瘤清除率提高了2.3倍。
挑戰(zhàn)與發(fā)展前景
光合作用細(xì)胞治療仍面臨科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)：長(zhǎng)期安全性需要更多數(shù)據(jù)支持，光能轉(zhuǎn)化效率有待進(jìn)一步提高，大規(guī)模生產(chǎn)的穩(wěn)定性需要持續(xù)優(yōu)化，以及新型治療模式的臨床接受度需要時(shí)間建立。
行業(yè)正在通過系統(tǒng)性策略應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)：建立國際光合作用細(xì)胞治療登記系統(tǒng)追蹤長(zhǎng)期效果；開展多中心研究驗(yàn)證安全性和有效性；推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作優(yōu)化技術(shù)平臺(tái)；加強(qiáng)醫(yī)患教育提高新治療模式的認(rèn)知度。
市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)，到2035年，光合作用細(xì)胞治療將在缺血性疾病、創(chuàng)傷修復(fù)和神經(jīng)再生領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，全球市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)2800億美元。更深遠(yuǎn)的意義在于，這項(xiàng)技術(shù)可能重新定義生命能量的來源與利用方式——當(dāng)治療細(xì)胞能夠像植物一樣利用光能時(shí)，人類醫(yī)療將進(jìn)入一個(gè)更加自主、可持續(xù)的新階段。隨著合成生物學(xué)、光生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)的深度融合，光合作用細(xì)胞治療有望開啟細(xì)胞治療的新紀(jì)元，為數(shù)億缺血性疾病和退行性疾病患者提供革命性的治療選擇，推動(dòng)醫(yī)學(xué)從“外部供能”到“自主產(chǎn)能”的范式轉(zhuǎn)變。
