包裹有金纳米粒子的红细胞示意图
红细胞也称红血球,在常规化验英文常缩写成RBC,是血液中数量最多的一种血细胞,同时也是脊椎动物体内通过血液运送氧气的最主要的媒介,还具有免疫功能。哺乳动物成熟的红细胞是无核的,这意味着它们失去了DNA。红细胞也没有线粒体,它们通过葡萄糖合成能量。运输氧气,也运输一部分二氧化碳。运输二氧化碳时呈暗紫色,运输氧气时呈鲜红色。
红细胞是体内天然的运载工具。长期以来,科技研究者通过借鉴红细胞,不断发展新颖的人工生物材料和药物输送系统,期望能够比拟红细胞优越的传递特性和长时间的循环能力。而这些红细胞独有的性质,在很大程度上归功于红细胞膜的功能特性。例如红细胞膜蛋白CD47被确认为一个重要的自识标记,从而避免巨噬细胞对自体红细胞的内吞。
金纳米颗粒具有优越的生物兼容性,独特的光学性质,以及多样的表面可修饰性。基于这些原因,金纳米颗粒已经被广泛的应用于生物医学。目前,对金纳米颗粒的表面功能化修饰主要依赖于硫基和金表面的相互作用,从而将携有硫基的抗免疫聚合物,两性离子聚合物,或者生物配体连结到金纳米颗粒的表面。
红细胞表面是一层脂质膜,理论上可以和金纳米粒子完好的结合,能否将金纳米粒子包裹到红细胞内,形成一种具有金纳米粒子特征的超级红细胞,从而延长金纳米颗粒在动物体内的循环时间?
近期,为了进一步提高金纳米颗粒的生物功能性,美国加州大学圣地亚哥分校的张良方教授及其研究团队首次利用红细胞膜直接进行对金纳米颗粒的表面功能化修饰,从而赋予金纳米颗粒一系列红细胞所特有的生物功能性。张教授研究组开发了一个简单有效的工艺,首次将完整的红细胞膜直接包裹在金纳米颗粒的表面。研究结果首先确认了红细胞膜对金纳米颗粒的包裹。进一步试验表明包裹在金纳米颗粒表面的红细胞不能被硫基置换,从而证明金纳米颗粒和红细胞膜之间具有较强的相互作用。同时,金纳米颗粒表面的红细胞膜具有由内而外的朝向,从而最大程度的模拟了天然红细胞膜。与没有被修饰的金纳米颗粒相比,红细胞膜的包裹在很大程度上延缓了巨噬细胞对金纳米颗粒的内吞。这一结果也证明了利用完整红细胞膜包裹的确可以赋予金纳米颗粒红细胞的特有性质。