碳纳米管作为载体在生物医学中的应用

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1、碳纳米管作为载体在生物医学中的应用作者：蒋永剑　虞先浚　张延龄【摘要】碳纳米管是一种新型的纳米材料，随着对碳纳米管功能化研究的深入，碳纳米管在生物医学领域的应用也在拓展。本文就其作为载体携带多肽、蛋白质、核酸、疫苗和药物进入细胞发挥生物医学作用作一综述。【关键词】碳纳米管·载体·生物医学碳纳米管（carbonnanotube，T）是由日本NEC公司的Iijima［１］于1991年发现的新型纳米材料，由碳原子形成的石墨片绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的管体。管子一般由单层（single-ulti-g/mL）与人早幼粒白血病细胞（humanleukemianl

2、ine，HL60）在37℃共培养1h后，应用荧光显微镜可以看到细胞表面有较多的荧光聚集，更为重要的是细胞内也可看到荧光，这说明功能化的T能进入细胞内［７］。异硫氰酸荧光素（fluorescEinisothiocynate,FITC）标记的胺基化T主要分布于细胞质，进入细胞核较慢；而肽结合的T可以快速的进入细胞核［８］。目前有关功能化T进入细胞的机制尚有争论，普遍认为有被动吞噬和主动穿透两种可能途径。Kam等［９］将FITC绿色荧光标记的胺基化Sine的转染效率。Cai等［１９］设计了包埋有镍的带磁性的功能化T，旋转磁场可以使磁性T黏附于细胞表面，然后在固定磁场的作用下

3、，T可以穿入细胞。这种磁性功能化T在旋转和固定磁场的序贯作用下可以携带有GFP报告基因的质粒体外转染小鼠神经元细胞和B淋巴细胞，转染效率通过流式细胞定量分析和荧光显微镜定量分析可以达到80％～100％。原代的B淋巴细胞和神经元细胞以难转染而著称，这两种细胞应用lipofectamine携带相同质粒转染均未成功。功能化T的另一显著优势是没有细胞毒性，噻唑蓝试验显示高达60μg/mL的胺基化T并不影响细胞的生长，而lipofectamine>20μg/mL就显示出细胞毒性。2.3　RNA　小分子RNA干扰（RNAinterference，RNAi）是一种新的基因治疗

4、技术，是双链RNA分子（siRNA）在mRNA水平关闭相关序列基因或使其沉默的过程，较以往的核酶和反义核酸技术更能高效、特异地阻抑基因的表达［２０］。功能化T带正电荷的侧链不但可以介导T与蛋白质、DNA的连接，还可以介导siRNA与T的结合。特定的siRNA可以通过二硫键连接于功能化T的侧链并以功能化T为载体进入细胞，在二硫苏糖醇的作用下二硫键断裂，使siRNA从T载体上游离下来，并从内含体或溶酶体中释放出来而分布于细胞质或进入细胞核发挥RNA干扰作用，抑制层连蛋白（laminA/C）的表达。流式细胞定量分析显示以该载体转染细胞的RNA干扰效率明显高于lipofect

5、amine载体的效率。可能与T的高比表面积、高效的转运能力及可裂解的二硫键避免了生物学活性分子在溶酶体内的降解破坏有关［２１］。　　端粒酶是维持细胞染色体稳定的关键酶，端粒酶的激活与肿瘤形成有关，在大多数肿瘤中都能检测到端粒酶逆转录酶（telomerasereversetranscriptase,TERT）的存在，宫颈癌细胞、卵巢癌细胞、肺癌细胞都高表达TERT信使RNA和蛋白。胺基功能化带正电荷的STERTsiRNA+SWT可以明显抑制移植瘤的生长，且多点注射较单点注射效果明显［２２］。　　树突细胞是最有效的抗原呈递细胞，并在有效免疫反应的启动中发挥中心作用。抗肿瘤

6、免疫的失效被认为是树突细胞内存在信号系统控制的免疫抑制机制。因为细胞吞噬作用可能是T进入细胞的主要机制，所以Yang等［２３］假设静脉内应用T能被抗原呈递细胞摄取。通过鼠尾静脉注射DNA功能化的T后，在脾脏的树突细胞内可以观察到T的存在。通过鼠尾静脉注射CD80siRNA+SWTs+复合物可以显著减少CD11c+的树突状细胞和CD11b+的巨噬细胞表面CD80分子的表达，表明CD80siRNA+:SWTs+复合物不但能被肿瘤相关性Gr-1+CD11b+的树突状细胞摄取，而且可以产生特异性的RNA干扰作用；同时siRNA+SWTs+复合物并不影响树突状细胞的表型和形态，

7、表明siRNA+SWTs+复合物不影响树突状细胞的分化和功能，这就为RNA技术在肿瘤免疫治疗中的应用提供了理论基础。静脉应用SOCS1细胞因子信号1抑制因子（suppressorofcytokinesignaling1，SOCS1）siRNA+SWNTs可以特异性地干扰SOCS1的表达，从而增强树突细胞的抗原呈递功能继而延缓肿瘤的生长。2.4　疫苗　因为T具有较高的长径比，能提供较大的表面积，具有较大的生物分子结合能力，所以被认为是多肽抗原的理想载体。人工合成的口蹄疫病毒抗原通过一段肽链连接于T后，仍可以保留其抗原性和免疫原性，通过酶联免疫吸附试验，