金纳米粒子进入细胞
细胞非常善于保护自己宝贵的内容物,结果在不损坏或破坏细胞的情况下,药物、营养或生物传感器非常难以渗透膜墙,递送进入细胞。而在2008年发现,使用纯黄金纳米粒子,然后纳米粒子表面涂上薄薄的一层特殊的聚合物,就能轻而易举地进入细胞。
但是,没有人知道究竟为什么这个组合会运作得如此好,或者这种黄金纳米粒子是如何穿过细胞壁的。现在,麻省理工学院和瑞士洛桑高等工业学院研究人员揭示了该过程是如何工作的,他们的分析结果发表在Nano Letters杂志上。论文的第一作者ReidVan Lehn研究生表示:到现在为止,机制是未知的。但在这项工作中,通过简化程序,了解了让黄金纳米粒子穿透细胞壁的“力量”,而不是永久性损坏膜或破裂细胞。
研究人员通过实验室实验和计算机模拟相结合的方法阐述了机制。该团队表明,在此过程中关键的第一步是包被金纳米粒子融合脂质物质(一类形成细胞壁的天然油脂,蜡类和维生素类成分)。
科学家们也展示了纳米颗粒穿透细胞壁的能力依赖于粒子包被涂料的组合物。包被金颗粒的涂料在黄金颗纳米粒表面形成疏水性和亲水性成分的混合单分子层。麻省理工学院材料科学与工程副教授Alexander-Katz说:细胞往往吞噬表面上的东西,但这“非常不寻常”的包被材料帮助粒子穿过膜进入细胞内部,而不会造成重大损害。Irvine and Stellacci在2008年证实:单层涂层的金纳米粒子虽然可以进入细胞,但他们一直在努力更好地理解为什么以及是如何工作的。由于纳米粒子本身是完全包覆材料的的,事实上,除了黄金纳米粒子是一个很容易准备的模型系统外,研究人员说纳米粒子的黄金成分不产生任何直接影响。
然而,有一些证据表明,黄金颗粒具有治疗性质,这可能是一个附带的好处。金颗粒也非常善于捕捉X射线,因此,如果它们可以穿透癌细胞,然后X-射线束加热它们,它们可以从内部破坏这些细胞。值得注意的是,细胞允许纳米粒子通过膜的机制,一旦在粒子通过后,就会尽快“密封”开口,不允许纳米粒子身后的小分子经过。
Irvine说,他的实验室也有兴趣利用这一细胞穿透机制递送药物到细胞内部,正在寻找方法使纳米涂料针对特殊类型的细胞具有选择性。这项工作的另一个潜在的应用是可以安装或插生物传感分子在某些细胞表面或进入某些细胞。以这种方式,科学家可以检测或监测特定的生化标记物,指示疾病的发生。