细胞是生命体形态结构和功能活动的基本单元,实现着物质代谢、能量转换和信息传递等一系列生命过程。原始细胞模型（Protocell）是一种人造细胞,是人们对地球最原始生命的设想,拥有最简单、最原始的腔室结构。原始细胞具有制备相对简单、结构相对稳定等优势,有望代替功能障碍的真实细胞,在细胞生物学、化学生物学和生物医学方面具有潜在的应用前景,并且原始细胞研究将为生命起源提供理论与实验依据。然而目前原始细胞的模型构建相对较少,并且在生物医学领域的应用才刚刚起步。基于此,本文发展了基于凝集体液滴的新型原始细胞模型并开展了其与细胞相互作用的研究,为生物医学应用提供重要参考。具体研究内容如下:一、基于凝集体的磷脂表面组装,发展了凝集体囊泡新型原始细胞模型。磷脂囊泡和凝集体被广泛用作原始细胞模型,其性能和模型适用性有待进一步提高和发展。基于此,融合磷脂囊泡和凝集体液滴两种模型,将两性磷脂分子二棕榈酰基卵磷脂在生物聚电解质液液相分离形成的凝集体液滴表面自组装,发展了一种新型原始细胞模型——凝集体囊泡（Giant coacervate vesicles,GCV）。利用激光共聚焦显微镜、透射电镜、小角X射线散射等对其表面电荷和形态结构进行表征,凝集体囊泡具有微米级尺寸,具有大分子密集的内部环境和选择渗透性的磷脂双层膜。采用光漂白恢复实验和荧光偏振实验考察膜流动性,与磷脂囊泡相比,凝集体囊泡膜流动性降低。该模型具有较好的结构稳定性,易于制备;对于分子量低于4 k Da的物质具有膜渗透性。基于此模型,将葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶包载进凝集体囊泡以构建级联酶促反应体系,考察外部添加的葡萄糖介导的GCV内级联酶生物代谢反应。将分别标记了荧光共振能量转移供-受体基团的锤头状核酶和底物包载进GCV内部,考察外部添加的Mg2+介导的核酶裂解反应,电泳定量分析表明GCV内部核酶活性增加了约2.2倍。结果表明凝集体囊泡介导了生物酶和核酶生化反应的高效进行。本工作发展的凝集体囊泡,作为一种新型的原始细胞模型,有望发展微反应器应用于生物医学领域。二、基于酶活性的凝集体,建立了原始细胞与活细胞之间的侵袭与防御关系。建立原始细胞与活细胞的相互关系,是连接非生命物质与生命物质的桥梁。基于此,将级联酶包载在凝集体原始细胞中,通过酶介导的活性氧损伤,建立了原始细胞与活细胞之间的侵袭与防御关系。包载有葡萄糖氧化酶的凝集体原始细胞,基于静电相互作用被活细胞吞噬。流式细胞仪用于确定原始细胞群落中的种群动态,激光共聚焦显微镜成像和细胞活性测定实验考察凝集体与活细胞之间的侵袭与防御行为以及原始细胞介导的酶促活化作用,结果显示具有葡萄糖氧化酶活性的凝集体原始细胞作为侵袭者,引发葡萄糖氧化和活性氧的产生,诱导活细胞死亡;作为防御策略,宿主细胞内化过氧化氢酶,介导活性氧的清除,细胞活力从30.0%恢复到81.0%。本工作通过酶活性的原始细胞实现了对活细胞增殖能力的调控,提供了一种通过原始细胞调控细胞行为的新方法。构建原始细胞和活细胞之间的相互作用模型,搭建了一种介导非生命体与生命体的桥梁模式。三、基于原始细胞介导的基因转染,发展了一氧化氮诱导细胞凋亡的新方法。凝集体液滴可以作为生物医学治疗应用中的货物递送工具,本工作基于凝集体原始细胞介导一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）质粒转染,局部高效产生一氧化氮（NO）导致细胞死亡,发展了NO诱导细胞凋亡的新方法。把NOS质粒高效负载在凝集体原始细胞中,被宿主Hep G2细胞吞噬。凝集体原始细胞介导的NOS高效表达促进了细胞内NO的高效产生,进而诱导细胞凋亡。电泳实验表征了凝集体对质粒的高效负载。共聚焦成像和流式数据等表明质粒在细胞内可以有效释放并进行高效基因表达与翻译。活死细胞染色实验和细胞活性实验考察NO对细胞活性的影响,结果表明NO通过诱导p53和Caspase3的过表达诱导细胞的凋亡。该工作提供了一种凝集体原始细胞介导的基因转染方法,发展了基于NO气体的细胞凋亡诱导新途径。证明了凝集体原始细胞可以开发用于生物医学应用的货物输送系统。四、构建了凝集体液滴人造细胞器,用于细胞内有机染料的去除。以细胞内液液相分离的无膜细胞器为仿生对象,构建了基于生物聚电解质的凝集体液滴,固载代谢酶反应路线,作为无膜亚细胞器模型,实现了细胞内罗丹明B有机染料的去除。把葡萄糖氧化酶和Fe3O4共包封在凝集体液滴内部,凝集体液滴与宿主Hep G2细胞静电结合,进而被吞噬。共聚焦成像表明凝集体作为外源性人造细胞器可以高效富集细胞内游离的罗丹明B。葡萄糖作为内源分子,引发凝集体内部的芬顿反应,即葡萄糖触发GOx和Fe2+/Fe3+级联体系,产生自由基,实现了对罗丹明B的有效降解与清除。细胞活性实验表明基于凝集体的人造细胞器通过对有机染料的清除可以提高细胞的活力。本工作提供了基于凝集体液滴的新型人造细胞器模型,同时为细胞内有机染料降解提供了新的方法。