纳米颗粒与细胞的交互作用

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1、2015年第60卷第21期：1976~1986《中国科学》杂志社自然科学基金项目进展专栏评述www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCECHINAPRESS纳米颗粒与细胞的交互作用①②①*王九令,孙佳姝,施兴华①中国科学院力学研究所,非线性力学国家重点实验室,北京100190;②国家纳米科学中心,北京100190*联系人,E-mail:shixh@imech.ac.cn2014-11-11收稿,2014-12-08接受,2015-04-01网络版发表国家自然科学基金优秀青年科学基金(11422215)和国家自然科学基金(1102

2、3001,11272327)资助摘要与大块材料相比,纳米尺度材料有着独特的光学、电学、力学和生物学性质,这使得纳米关键词颗粒在药物输运和肿瘤成像等医学方面展现出巨大的应用前景.同时,愈来愈多的工业化纳米纳米颗粒颗粒和纳米材料的制备,使得其生物安全性也受到很大的关注.由于纳米颗粒进入体内后的作细胞膜用发生在细胞层面上,这要求我们很好地去理解纳米颗粒与细胞之间的相互作用.大量的实验交互作用药物输运表明,纳米颗粒吸附在细胞膜表面,并通过不同方式被细胞所摄取.纳米颗粒的尺寸、形状、表细胞毒性面化学性质、表面电荷分布、拓扑结构以及颗粒弹性性能等都对两者间的相互作用有着显著

3、的细胞内吞影响.本文简要介绍颗粒进入细胞的路径,着重阐述影响颗粒/细胞交互作用的关键因素,并对后续的研究方向进行展望.[7,8]纳米尺度材料是至少在一个维度上介于1~100(opsonization)下被巨噬细胞所吞噬.其次通过颗nm的材料.与相同化学组分的大块材料相比,纳米粒表面修饰的特定配体或局部环境因素的调控,颗尺度材料往往展现出奇特的光学、电学、力学和化学粒能够靶向癌细胞,并越过细胞膜这一障碍进入细性质.比如石墨烯和碳纳米管的电学、力学性能,金胞内部.这一过程主要通过细胞内吞作用来实现.之纳米颗粒的光学和化学性能等.这些卓越的性能不后,内吞的颗粒需要在核

4、内体中分离出来以避免被仅增加了其在工业方面的应用,也使得它们在生物溶酶体分解.最后颗粒将药物释放到细胞质或细胞[1~4]医疗领域有着巨大的应用前景.譬如,癌症药物器中,以起到杀灭癌细胞的作用.我们发现此系列过由于其低溶解度和较差的生物相溶性而限制了它的程中,纳米颗粒高效、准确地靶向癌细胞并内化进入临床应用.发展药物缓释系统,定向地靶向癌细胞并细胞显得特别重要.正是基于这一背景,我们需要更[9,10]释放药物成为一种有效的解决手段.纳米颗粒由于好地研究、理解细胞与纳米颗粒之间的交互作用.其较小的尺寸和较高的比表面积成为药物缓释载体同时,随着工业化生产和应用纳米材料

5、的快速的首要候选者.它们能够携带药物或者成像剂有效增加,它们对生态环境以及人类健康的影响也不容[1,5][11]地进入病灶位点,用来诊断和治疗疾病.一系列忽视.除了工业生产释放到环境中的纳米颗粒,[3][6]的纳米颗粒,如二氧化硅颗粒、金纳米颗粒、聚我们的个人用品如化妆品、洗发水、防晒霜、纺织品[4]合物纳米颗粒,都展现出在生物医疗领域的巨大应中也含有纳米材料.通过皮肤渗入、呼吸系统、消化用前景.然而,在药物输运的过程中,也有较多的问系统、或静脉注射等方式进入人体血液循环系统后,题需要关注.首先颗粒必须具有良好的分散性,能够纳米颗粒还可能进入人体的不同组织器官,

6、与不同在血液中较长时间地循环并且避免在调理素作用的生物大分子接触,从而可能带来生物安全性问引用格式:王九令,孙佳姝,施兴华.纳米颗粒与细胞的交互作用.科学通报,2015,60:1976–1986WangJL,SunJS,ShiXH.Interactionbetweennanoparticlesandthecell(inChinese).ChinSciBull,2015,60:1976–1986,doi:10.1360/N972014-01199评述[8,12][5]题.作用的颗粒黏附于细胞膜表面;(3)细胞摄取颗粒.纳米颗粒主要通过内吞和渗入的方式进入细胞.调理

7、素作用的颗粒主要通过细胞表面的受体黏附于大量的实验和理论分析表明,颗粒的尺寸、形状、化细胞表面,特异性的受体-配体作用导致信号触发,学性质、表面结构、颗粒弹性性能、表面修饰、表面进而引发细胞骨架重组并形成吞噬体.吞噬作用可电荷分布等直接影响其与细胞的交互作用.理解这以摄取的颗粒尺寸从几百纳米到十微米左右,Cham-[14]些因素在两者交互作用中的角色,可以帮助我们更pion等人研究了不同形状颗粒对吞噬作用的影响,好地设计应用于工业和生物医疗领域的纳米材料,发现颗粒的曲率半径越大,越能激发细胞的吞噬效使之成为安全、有效的载体.下面将介绍纳米颗粒内应.与吞噬作用类似

8、,大胞饮作用内吞通过细胞