2021-10-17

Nat Comm | 量化研究细胞膜包裹纳米颗粒如何进入细胞

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细胞膜包被的仿生纳米颗粒（NPs）由于其独特的特性，如长血液循环、分子识别特异性和有效的癌症靶向性，在纳米医学中得到了广泛的研究，显示了其在癌症靶向治疗中的巨大潜力。然而，NPs上细胞膜涂层的完整性，一个与这些仿生系统的质量以及由此产生的生物医学功能相关的关键指标，在很大程度上仍未得到探索。

现在，Eastern Finland大学的研究人员报告了一种荧光猝灭试验的发展，以探测细胞膜涂层的完整性。他们发表在《Nature Communications》上的研究（“Cell membrane coating integrity affects the internalization mechanism of biomimetic nanoparticles”）表明，当应用传统涂层技术时，绝大多数细胞膜涂层的纳米颗粒仅部分被涂层。

在Vesa Pekka Lehto博士的指导下，科学家们在应用物理系开展了他们的工作，他们表示，这些信息至关重要，因为涂层程度会影响NP的生物命运。

“在这里，我们报告了一种荧光猝灭试验来探测细胞膜涂层的完整性。与完美涂层的常见假设相反，我们发现高达90%的仿生NP仅部分涂层。通过体外同源靶向研究，我们证明部分包被的NPs仍然可以被靶细胞内化。”研究人员写道。

“通过将分子模拟与实验分析相结合，我们进一步确定了这些纳米颗粒的内吞进入机制。我们揭示了具有高涂层度（≥50%）的NPs单独进入细胞，而具有低涂层度（<50%）的NPs需要在内化之前聚集在一起。”

“这种定量方法和对细胞膜包裹的纳米颗粒如何进入细胞的基本理解将促进仿生纳米系统的合理设计，并为更有效的癌症纳米医学铺平道路。”

“目前表征细胞膜涂层的方法只是定性的，无法从统计学上评估包衣的程度和可变性。” 研究人员、该文章的第一作者Lizhi Liu指出，“当我们应用开发的量化方法评估生产全涂层NPs的常用方案的成功率时，我们发现该比例从未超过20%。”

“我们的发现对整个纳米医学科学界来说是一个巨大的惊喜，因为人们普遍认为细胞膜涂层是完美的。尽管有部分涂层，但仿生NPs仍然可以通过不同途径被靶细胞内化。”高级研究和团队负责人、该论文的通讯作者之一Wujun Xu博士补充道。

为了解释这一点，作者通过计算模拟为这些部分包覆的NP提出了一种新的内吞进入机制。具体而言，具有高涂层度(≥ 50%）的NPs单独进入细胞，而涂层度低（<50%）的NPs需要在内化之前聚集在一起。

“目前的研究强调了当前细胞膜涂层方案的一些局限性，并推动了改进方案的努力。开发的量化方法是评估这些努力成功与否并建立比较不同涂层设计的标准的实用工具。”研究人员说。