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Nature:利用分子转子在细胞膜上钻孔,有助治疗患病细胞

来源:本站原创 2017-09-10 12:11


图片来自Tour Group/Rice University。

2017年9月10日/生物谷BIOON/---由光驱动的分子机器被用来在单个细胞的膜上钻孔,有望将治疗试剂运送到这些细胞中,或者直接诱导这些细胞死亡。

在一项新的研究中,来自美国莱斯大学、北卡罗来纳州立大学和英国杜伦大学的研究人员在实验室测试中展示了被称作分子转子(molecular motors)的单分子纳米机器如何能够经紫外光激活后以每秒200万~300万转进行旋转,从而打开细胞膜。相关研究结果发表在2017年8月31日的Nature期刊上,论文标题为“Molecular machines open cell membranes”。

莱斯大学化学家James Tour、杜伦大学化学家Robert Pal和北卡罗来纳州立大学化学家Gufeng Wanghe合作构建出几种能够靶向特定细胞的分子机器,或者说分子转子,并且观察当利用光线激活这些分子转子时,会发生什么。

Tour实验室之前已证实当利用紫外光加以激活时,分子转子在溶液中的扩散会得到强化。这些分子转子需要以每秒旋转200万~300万转的转速克服附近分子带来的障碍,并且在速度上超过自然的布朗运动。

这些分子转子仅1纳米宽,能够经设计后靶向和凿通细胞的脂质双层膜(即细胞膜)来运送药物或其他的运载物,或者破坏宽8~10纳米的细胞膜,因而杀死细胞。他说,也能够对这些分子转子进行功能化以便改善它们的溶解性和进行荧光追踪。

Tour实验室构建出18种分子转子变体,包括具有几种不同尺寸的携带着分子转子的分子、旨在靶向特定细胞以便导致它们死亡的肽携带性纳米机器,以及与其他的纳米机器完全一样但不携带着分子转子的对照分子。

Wang实验室首先成功地测试这些分子机器打开合成脂质双层膜囊泡从而允许带有染料的溶液进入其内部的能力。接着,他们在脂质双层膜囊泡内部捕捉到携带着染料的分子转子,利用紫外光激活它们,并且观察到荧光染料会褪色,这提示着这些分子转子已凿穿这种脂质双层膜囊泡。

这些研究人员发现对分子转子而言,凿穿脂质双层膜需要花费至少一分钟的时间。Tour说,“在这么短的时间内,细胞很不可能对分子机械作用产生抵抗力。”

Pal期待纳米机器将有助靶向对现存的化疗药物产生耐药性的乳腺瘤和黑色素瘤等癌症。他说,“一经开发,这种方法可能在非侵袭性癌症治疗中提供一种潜在的步骤变化,并且在全球极大地改善患者的存活率和福利。”

Pal实验室在包括人前列腺癌细胞在内的活细胞中测试了这些分子转子。实验证实在不存在紫外光的触发下,它们找到感兴趣的特定细胞,停留在这些靶细胞的表面上,不过不能够在这些细胞上打孔。然而,经紫外光触发后,这些分子转子快速地在细胞膜上钻孔。

Pal说,旨在靶向前列腺癌细胞的受试分子转子从外面穿过它们的细胞膜,在激活后的1到3分钟内杀死它们。

更小的分子转子更难追踪,但是经证实在紫外光激活后,能够更好地进入细胞中,破坏它们的细胞膜和杀死它们。根据这些研究人员的说法,没有携带着分子转子的对照分子经紫外光照射后不能够杀死细胞。

这些研究人员期待这些分子转子可能最终利用双光子吸收近红外光或者无线电加以激活,这将使得这种技术更适合用于体内治疗;这也将为建立一种新的简易的廉价的光动力疗法铺平道路。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Víctor García-López, Fang Chen, Lizanne G. Nilewski et al. Molecular machines open cell membranes. Nature, 31 August 2017, 548(7669):567–572, doi:10.1038/nature23657

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