納米材料在體內的旅行:表面化學的調控作用 | Journal of...

2020-11-24 科學網
納米材料在體內的旅行：表面化學的調控作用 | Journal of Nanobiotechnology

論文標題:Surface chemistry governs the sub-organ transfer, clearance and toxicity of functional gold nanoparticles in the liver and kidney

期刊：Journal of Nanobiotechnology

作者：Xue Li, Bing Wang et.al

發表時間：2020/05/14

數字識別碼：10.1186/s12951-020-00599-1

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納米材料在生物體內的分布、轉運及清除特徵是納米材料生物醫學應用，是納米材料生物效應及安全性研究中最重要的基礎科學問題。中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室豐偉悅研究員及國內外相關研究領域的研究團隊，在前期的研究中揭示納米材料的物理化學特性，如尺寸、形狀、表面電荷、表面化學功能團和比表面積等對納米材料在體內循環、組織器官中的清除等具有重要影響。此外，組織器官結構特徵、生理因素和納米特性也是影響納米材料在肝臟和腎臟中的蓄積和清除模式的重要因素。近期，該團隊揭示了金納米材料表面不同的化學修飾，可影響其在體內的生物化學穩定性，從而決定了其在體內的分布、轉運、清除途徑及生物學效應，該研究於2020年3月發表在納米生物技術領域期刊Journal of Nanobiotechnology 上，題目為Surface chemistry governs the sub-organ transfer, clearance and toxicity of functional gold nanoparticles in the liver and kidney。

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表面化學是納米材料功能化最主要的手段，特別是在生物醫學應用領域，表面修飾策略對提高其生物相容性、靶向性和有效性至關重要。金納米材料在藥物傳輸，生物成像，光熱治療，生物傳感等領域具有巨大的應用前景。國內外大量研究通過對金納米材料表面進行多樣化修飾，使其具有多種功能，如藥物遞送、腫瘤診斷和治療等，但材料表面化學基團的鍵合方式與其在體內生物化學穩定性的聯繫及對體內分布、轉運、清除和毒性的影響規律尚不明晰。

在近期研究中，該研究團隊比較了表面不同化學修飾的金納米顆粒（GNPs），包括聚乙二醇修飾的金納米顆粒（PEG-GNPs，6 nm）、殼聚糖修飾的金顆粒（CS-GNPs，6 nm）和聚乙烯亞胺修飾的金顆粒（PEI-GNPs，6 nm）在生物微環境中的生物化學穩定性、在肝臟和腎臟的分布、轉運和清除及金納米材料在肝臟蓄積、轉運和清除過程中對肝臟基因轉錄表達的影響。研究發現以Au-S強配位結合的PEG-GNPs表面吸附蛋白的數量較少，在生理微環境中具有良好的分散穩定性，這有利於其通過肝血竇內皮細胞和Disse空間，進入肝實質細胞，進而經膽管通過膽汁排出；此外具有良好分散穩定性的PEG-GNPs也可以通過腎小球的濾過屏障，經由尿液排出。但是對於以Au-N弱配位結合的PEI-GNPs和靜電結合的CS-GNPs，聚乙烯亞胺和殼聚糖配體容易從GNPs表面脫落，導致其容易吸附大量的血清蛋白，在體內發生團聚，形成較大的顆粒團簇，從而容易被肝巨噬細胞和肝血竇內皮細胞攝取，不利於GNPs在肝臟中的清除。此外，PEI-GNPs和CS-GNPs在肝臟的長期蓄積導致了較為明顯的肝臟病理、超微結構和基因表達的改變。研究發現，PEI-GNPs和CS-GNPs誘導了代謝，免疫以及炎症相關的基因表達水平的顯著升高。如PEI-GNPs注射組篩選出的差異表達基因（DEGs）主要參與了組蛋白去乙醯化過程調控、亞油酸代謝，花生四烯酸代謝和MAPK信號通路等。CS-GNPs組DEGs主要參與了胺基酸、脂肪酸的生物合成與代謝，花生四烯酸代謝等。

圖1

該研究初步闡明了通過對納米材料的表面化學進行調控，可改變其在器官內的分布模式、清除途徑和生物學效應。這對深入理解納米材料生物安全性和設計具有臨床轉化應用前景納米材料具有重要意義。

中國科學院高能所汪冰博士及豐偉悅研究員為論文的通訊作者；博士生李雪為第一作者。該研究得到國家重點研發計劃（2016YFA0201600）和國家自然科學基金委的資助。

期刊介紹

Journal of Nanobiotechnology 是一本開放存取的同行評審期刊，該期刊為納米生物技術領域的國際學術刊物，主要出版納米生物技術各研究領域的突出成果、創新理念等；為生物醫學科學家和國際生物技術商業界提供納米生物技術不斷發展領域的最新進展。

圖2

6.518 – 2年影響因子

6.377 - 5年影響因子

1.459 – SNIP

1.335 – SJR

（來源：科學網）

 

 

 

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