5月16日，中國科學院上海生科院宋海云研究組與中國科學院上海應物所樊春海研究組合作的研究論文“Nanodiamonds Mediate Oral Delivery of Proteins for Stem Cell Activation and Intestinal Remodeling in Drosophila”在線發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces雜志。該研究利用功能化的納米金剛石（nanodiamonds,?NDs）實現(xiàn)了蛋白質(zhì)的高效裝載、跨越細胞屏障和發(fā)揮細胞內(nèi)功能，并進一步利用口服的NDs-蛋白質(zhì)復合物在果蠅體內(nèi)進行了腸干細胞激活和腸道重塑。
蛋白質(zhì)功能的異常與各種疾病的發(fā)生密切相關。與利用化合物分子和基因療法糾正蛋白質(zhì)功能異常的方法相比，直接運送功能性蛋白質(zhì)的方式具有更好的特異性和安全性。但轉(zhuǎn)運胞內(nèi)蛋白質(zhì)需要克服幾個難點：1）多數(shù)蛋白質(zhì)難以直接跨越組織和細胞屏障；2）多數(shù)蛋白質(zhì)載體在細胞內(nèi)會進入內(nèi)吞體-溶酶體途徑，導致蛋白質(zhì)降解；3）進入細胞的蛋白質(zhì)不易與載體分離，影響其功能。因此，相關研究尤其是針對體內(nèi)的研究，還處于初步階段。
漫威世界無限寶石中的空間寶石能夠?qū)⑽矬w轉(zhuǎn)移至任何空間。而現(xiàn)實生活中，有一種被稱為納米金剛石（NDs）的材料具有很強的表面吸附能力，常被用來運載藥物小分子。那么，NDs是否也能運載功能性蛋白質(zhì)呢？本工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)NDs不僅能高效地裝載各種蛋白質(zhì)，而且進入細胞內(nèi)的NDs能夠避免與早期內(nèi)吞體融合，從而防止了蛋白質(zhì)降解。雖然之前的研究也發(fā)現(xiàn)某些納米材料能夠從內(nèi)吞體或溶酶體中逃離，但不與內(nèi)吞體融合的現(xiàn)象還是首次被觀察到。然而，研究人員也觀察到，進入細胞后代蛋白質(zhì)仍然牢固地定位于NDs上，不能有效地釋放出來。為了克服這一問題，研究人員從敦煌壁畫中飛天仙女的裝束得到靈感，將多聚賴氨酸纏繞在NDs表面，極大地促進了蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的釋放過程。作為體內(nèi)應用的例子，果蠅食物中的NDs-蛋白質(zhì)復合物能夠有效地將蛋白質(zhì)載入腸細胞并引發(fā)干細胞激活。
本研究得到科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.7b04788
a.納米金剛石運輸?shù)鞍踪|(zhì)穿過細胞屏障的能力堪比空間寶石；b.多聚賴氨酸纏繞的納米金剛石，讓人想到敦煌壁畫中飛天仙女的裝束。
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