納米科學：志賀氏菌在細胞膜中利用稱為「內吞作用」的物理力！
引起志賀氏菌腸道疾病的細菌使用利用細胞膜中的物理力的毒素。雖然難以阻擋，但是可以利用相同的力來對抗納米粒子。
大量疾病是細菌和病毒感染的結果。這些病原體通過幾種途徑進入身體細胞。由EPFL聯合領導的一項新研究現在報告了一種先前未知的感染途徑的發現，這種感染途徑是導致志賀菌病的細菌，這是一種以血性腹瀉為特徵的腸道傳染病。在新發現的機制中，志賀氏菌利用由細胞自身質膜波動產生的通用力。這項工作發表在ACS Nano上。
該研究由南丹麥大學的John Ipsen，法國居裡研究所的Ludger Johannes和EPFL的Julian Shillcock進行。
通常，細胞非常緊密地調節外來物質的進入，以防止細菌和病毒等病原體的侵入。結果，入侵者已經發展出各種機制來克服障礙並進入細胞。
例如，一條路線涉及劫持細胞自身的機器，並誘使其將病毒或細菌內化到細胞本身產生的囊泡內。這個過程是細胞攝入大分子的常規方法之一，被稱為「內吞作用」。
科學家們使用各種囊泡系統和計算機模擬來研究細菌入侵機制，這種機制似乎具有一些獨特的性質。其中，該機制由引起志賀氏菌的細菌和產生稱為志賀毒素的小而剛性的蛋白質使用。
該研究發現，志賀毒素顆粒與待侵入的細胞膜表面上的某些脂質或脂肪緊密結合。然後它們開始在膜上形成簇，這導致膜向內彎曲，產生管狀內陷，毒素顆粒通過該內陷進入細胞。一旦進入，志賀毒素就會改變細胞的遺傳機制，感染已經開始。
但主要的發現是，毒素實際上利用細胞膜中的一般物理力來產生內陷。這被稱為「卡西米爾力」並且首先被描述為在兩個帶電的，平行的導電錶面之間起作用的理論力。
就生物學而言，Casimir力被認為在細胞中的膜結合蛋白之間起作用，存在於所有流體生物細胞膜上，並且僅在病原體緊密結合膜表面時才產生。
研究人員提出，志賀氏菌和其他病原體已經進化為利用由波動質膜產生的卡西米爾力來感染細胞。此外，由於毒素結合的脂肪被細胞用於其自身的操作，因此在不禁用或修改細胞的正常功能的情況下不能阻止志賀毒素進入。
但是因為卡西米爾力被認為是細胞膜表面上任何緊密結合的納米粒子出現的，所以有可能產生一種新的，基於納米粒子的藥物遞送途徑。首先，我們必須將納米顆粒緊密地結合到它們將聚集的細胞表面。其次，納米粒子還必須略微增加細胞膜的曲率，以利用卡西米爾力並進入細胞。一旦進入，它們就可以開始對細胞的行為進行有益的，防禦性的改變。
「自然導致設計了一種病原體感染細胞的手段，製造的納米粒子可以用來治療細胞功能障礙，」Julian Shillcock說。