日本科學東京大學研究團隊證明，細胞內普遍存在的大分子擁擠現象可成為人工細胞設計工具，並非只是生物細胞運作的背景噪音。團隊以Y型DNA奈米星與PEG、Dextran、Ficoll等高分子擁擠劑，模擬細胞內高密度環境，觀察液態DNA凝聚體的形成、穩定性及排列。
在沒有擁擠劑時，DNA液滴於降溫至63°C以下即可形成；加入濃度10%的PEG、Dextran與Ficoll後，形成溫度分別提高至76°C、65°C與67°C。其中，高分子量7.5 kDa PEG效果最顯著，但若DNA奈米星缺少可互補的黏性末端，PEG仍無法促成凝聚，顯示擁擠只能強化既有分子互動，不能單獨取代特定結合機制。
研究團隊再利用PEG、奈米星比例與鹽濃度，塑造相鄰但互不融合的多類液滴，製成交替排列、網路狀及可含三種DNA奈米星的複雜結構。相關論文已於2026年8月24日刊登於《JACS Au》。
這項成果屬於基礎科學與工程設計的推進，並無明顯的政商利益角力；其真正難題在於，學界如何把過去被視為細胞內「被動環境」的擁擠效應，轉化為可預測、可調控的工程參數。細胞並非空容器，蛋白質、核酸與其他高分子形成高度密集且持續變動的微環境，會改變分子擴散、有效濃度、相鄰性與自由能。生物分子凝聚體正是在此環境中經由液液相分離形成，而人工重現這種條件，是打造具功能人工細胞的基礎。
DNA奈米星可藉由短黏性末端進行互補配對並自組裝成液態DNA液滴；擁擠劑則提高有效濃度，強化有限長度的黏性末端之作用。這項機制讓液滴在更高溫度下形成並保持穩定，卻不會繞過DNA序列之間的專一性。換言之，研究建立的是「環境放大器」，不是新的化學結合原理。
更具意義的是，研究顯示原本互不相容的液滴可以在保持獨立性的同時被排列成特定圖樣。這表示人工細胞可能不必依賴單一液滴、單一酵素或中央控制中心，而是讓不同反應區塊彼此接觸，卻透過膜或其他障壁維持隔離，再以調控訊號交換物質。人工細胞的關鍵因此可能由單一反應器，转向可組合的空間化分子網路。
人工細胞研究的歷史脈絡，可從模仿細胞膜、基因迴路與蛋白質反應，逐步走向整合代謝、訊息傳遞與空間組織。此次成果的重要性，在於補上「細胞內擁擠環境」這一過去常被簡化掉的變數。下一輪競爭不只是誰能製造更逼真的細胞，而是誰能以可重複方式調控其複雜行為。
01 起因觸發：東京科學大學團隊以DNA奈米星與高分子擁擠劑重現細胞內高密度環境
02 一階傳導：DNA凝聚體的熱穩定性、尺寸控制與多類液滴排列能力獲得提升
03 二階擴散：人工膜、蛋白質工程、微流道與分子運算可能整合出分區化反應平台
04 產業外溢：診斷、藥物篩選、藥物遞送及合成生物製造獲得新的設計路徑
05 宏觀終局：人工細胞研發由模仿單一功能，轉向可程式化、可驗證的空間化自組織
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