5月16日，中國(guó)科學(xué)院上海生科院宋海云研究組與中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)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(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的高效裝載、跨越細(xì)胞屏障和發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)功能，并進(jìn)一步利用口服的NDs-蛋白質(zhì)復(fù)合物在果蠅體內(nèi)進(jìn)行了腸干細(xì)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(guān)。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(yùn)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(yùn)胞內(nèi)蛋白質(zhì)需要克服幾個(gè)難點(diǎn)：1）多數(shù)蛋白質(zhì)難以直接跨越組織和細(xì)胞屏障；2）多數(shù)蛋白質(zhì)載體在細(xì)胞內(nèi)會(huì)進(jìn)入內(nèi)吞體-溶酶體途徑，導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解；3）進(jìn)入細(xì)胞的蛋白質(zhì)不易與載體分離，影響其功能。因此，相關(guān)研究尤其是針對(duì)體內(nèi)的研究，還處于初步階段。
漫威世界無(wú)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(shí)生活中，有一種被稱(chēng)為納米金剛石（NDs）的材料具有很強(qiáng)的表面吸附能力，常被用來(lái)運(yùn)載藥物小分子。那么，NDs是否也能運(yùn)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(jìn)入細(xì)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(jìn)入細(xì)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(lái)。為了克服這一問(wèn)題，研究人員從敦煌壁畫(huà)中飛天仙女的裝束得到靈感，將多聚賴(lài)氨酸纏繞在NDs表面，極大地促進(jìn)了蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的釋放過(guò)程。作為體內(nèi)應(yīng)用的例子，果蠅食物中的NDs-蛋白質(zhì)復(fù)合物能夠有效地將蛋白質(zhì)載入腸細(xì)胞并引發(fā)干細(xì)胞激活。
本研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.7b04788
a.納米金剛石運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)穿過(guò)細(xì)胞屏障的能力堪比空間寶石；b.多聚賴(lài)氨酸纏繞的納米金剛石，讓人想到敦煌壁畫(huà)中飛天仙女的裝束。
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