作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-12 來源:互聯(lián)網(wǎng)
近日,中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所與清華大學(xué)、天津大學(xué)合作,基于無定形金屬有機(jī)框架開發(fā)出一種新劑型,可實(shí)現(xiàn)酶分子的細(xì)胞內(nèi)高效遞送和催化,在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞代謝產(chǎn)物的原位檢測(cè)。該工作發(fā)表于《自然-通訊》(NatureCommunications)。
圖:無定形金屬有機(jī)框架納米劑型的構(gòu)建及其在細(xì)胞代謝物原位檢測(cè)中的創(chuàng)新應(yīng)用。無定形納米載體(a)及酶-無定形納米載體復(fù)合物(b)的掃描電鏡圖;(c)Cryo-EM成像顯示無定形載體的結(jié)構(gòu);(d)酶分子經(jīng)過負(fù)載后的表觀活性;不同代謝狀態(tài)下細(xì)胞的熒光強(qiáng)度變化圖(e)以及對(duì)應(yīng)高內(nèi)涵圖像(f);正常肝細(xì)胞(橙色)和肝癌細(xì)胞(藍(lán)色)的熒光強(qiáng)度變化圖(g)以及對(duì)應(yīng)高內(nèi)涵圖像(h);(i)不同細(xì)胞胞內(nèi)葡萄糖濃度和熒光強(qiáng)度的關(guān)系;(j)每種細(xì)胞熒光強(qiáng)度達(dá)到峰值時(shí)的對(duì)應(yīng)圖像。
納微顆粒為生物劑型工程的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。過程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物劑型與生物材料團(tuán)隊(duì)研究員馬光輝和魏煒等對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)制了一系列納微顆粒新劑型,成功用于腫瘤、糖尿病、乙肝等重大疾病的預(yù)防、診斷和治療。相關(guān)工作相繼發(fā)表于NatMater2018,17,187、NatCommun2017,8,14537、SciAdv2019,5,eaaw3192、AdvMater2019,31,1801159、AdvSci2017,4,1700083、ACSNano2015,9,4925-4938等,部分劑型已進(jìn)入臨床前和臨床研究。
受限于細(xì)胞膜的屏障作用和細(xì)胞內(nèi)的降解因素,外源的酶分子難以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮高效的催化反應(yīng)。為解決這一難題,研究團(tuán)隊(duì)制備了新型的無定形態(tài)金屬有機(jī)骨架納米顆粒,用于酶分子的負(fù)載。
該劑型能夠克服細(xì)胞膜屏障,將酶分子高效遞送進(jìn)細(xì)胞中,同時(shí)利用納米顆粒的保護(hù)作用,保證酶分子的天然活性,進(jìn)一步借助無定形態(tài)金屬有機(jī)骨架的介孔結(jié)構(gòu)(3-6nm,晶態(tài)結(jié)構(gòu)僅1nm),強(qiáng)化底物和產(chǎn)物的傳質(zhì)擴(kuò)散(圖1a-d)。基于上述優(yōu)勢(shì),該劑型可用于細(xì)胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的原位檢測(cè)。
以葡萄糖為例,經(jīng)過該劑型催化后的產(chǎn)物可以與相應(yīng)的熒光探針反應(yīng),借助高內(nèi)涵技術(shù)在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)無損傷的實(shí)時(shí)定量檢測(cè),可用于細(xì)胞代謝狀態(tài)的判斷以及正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的區(qū)分(圖1e-j),為慢性病的監(jiān)控和癌癥的早期診斷提供了新思路。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等支持。
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