Nano Letters:研究揭示為什麼黃金納米粒子能穿透細胞壁

2013年8月24日訊 /生物谷BIOON/--細胞非常善於保護自己寶貴的內容物，結果在不損壞或破壞細胞的情況下，藥物、營養或生物傳感器非常難以滲透膜牆，遞送進入細胞。而在2008年發現，使用純黃金納米粒子，然後納米粒子表面塗上薄薄的一層特殊的聚合物，就能輕而易舉地進入細胞。

但是，沒有人知道究竟為什麼這個組合會運作得如此好，或者這種黃金納米粒子是如何穿過細胞壁的。

現在，麻省理工學院和瑞士洛桑高等工業學院研究人員揭示了該過程是如何工作的，他們的分析結果發表在Nano Letters雜誌上。

論文的第一作者Reid Van Lehn研究生表示：到現在為止，機制是未知的。但在這項工作中，通過簡化程序，了解了讓黃金納米粒子穿透細胞壁的「力量」，而不是永久性損壞膜或破裂細胞。

研究人員通過實驗室實驗和計算機模擬相結合的方法闡述了機制。該團隊表明，在此過程中關鍵的第一步是包被金納米粒子融合脂質物質（一類形成細胞壁的天然油脂，蠟類和維生素類成分）。

科學家們也展示了納米顆粒穿透細胞壁的能力依賴於粒子包被塗料的組合物。包被金顆粒的塗料在黃金顆納米粒表面形成疏水性和親水性成分的混合單分子層。

麻省理工學院材料科學與工程副教授Alexander-Katz說：細胞往往吞噬表面上的東西，但這「非常不尋常」的包被材料幫助粒子穿過膜進入細胞內部，而不會造成重大損害。

Irvine and Stellacci在2008年證實：單層塗層的金納米粒子雖然可以進入細胞，但他們一直在努力更好地理解為什麼以及是如何工作的。由於納米粒子本身是完全包覆材料的的，事實上，除了黃金納米粒子是一個很容易準備的模型系統外，研究人員說納米粒子的黃金成分不產生任何直接影響。

然而，有一些證據表明，黃金顆粒具有治療性質，這可能是一個附帶的好處。金顆粒也非常善於捕捉X射線，因此，如果它們可以穿透癌細胞，然後X-射線束加熱它們，它們可以從內部破壞這些細胞。

值得注意的是，細胞允許納米粒子通過膜的機制，一旦在粒子通過後，就會儘快「密封」開口，不允許納米粒子身後的小分子經過。

Irvine說，他的實驗室也有興趣利用這一細胞穿透機制遞送藥物到細胞內部，正在尋找方法使納米塗料針對特殊類型的細胞具有選擇性。這項工作的另一個潛在的應用是可​​以安裝或插生物傳感分子在某些細胞表面或進入某些細胞。以這種方式，科學家可以檢測或監測特定的生化標記物，指示疾病的發生。（生物谷Bioon.com）

Effect of Particle Diameter and Surface Composition on the Spontaneous Fusion of Monolayer-Protected Gold Nanoparticles with Lipid Bilayers.

Reid C. Van Lehn, Prabhani U. Atukorale, Randy P. Carney, Yu-Sang Yang, Francesco Stellacci, Darrell J. Irvine, Alfredo Alexander-Katz.

Anionic, monolayer-protected gold nanoparticles (AuNPs) have been shown to nondisruptively penetrate cellular membranes. Here, we show that a critical first step in the penetration process is potentially the fusion of such AuNPs with lipid bilayers. Free energy calculations, experiments on unilamellar and multilamellar vesicles, and cell studies all support this hypothesis. Furthermore, we show that fusion is only favorable for AuNPs with core diameters below a critical size that depends on the monolayer composition.