• 中國科大實現Nano-CT直接觀察細胞內納米粒子的形成

    發布時間:2020-10-26來源:

    2020年10月23日,國際著名學術期刊《Science Advances》在線發表了中國科學技術大學化學與材料科學學院梁高林教授課題組的研究成果,文章標題為《Directly observing intracellular nanoparticle formation with nanocomputed tomography》。該文章報道了一種含碘小分子在細胞內自組裝成富碘納米粒子的“智能”策略,并用納米計算機斷層掃描(Nano-CT)直接觀察到細胞內納米粒子的形成(Sci Adv, 2020, 6, eaba3190. DOI: 10.1126/sciadv.aba3190)。

    利用小分子前體在細胞內組裝成納米結構是一種智能策略,其在分子影像和藥物遞送領域顯示出很大優勢。小分子容易被細胞攝取,但會很快被清除。納米結構在細胞中保留時間長,但很難被細胞攝取。小分子在細胞內形成納米結構的“智能”策略,恰好利用了小分子和納米結構互補的優勢。但由于細胞內存在大量的天然納米結構,迄今為止,如何把人工形成的納米結構從細胞內的天然納米結構中區分出來仍然是一個挑戰。

    梁高林教授基于本課題組特色的CBT-Cys點擊縮合反應,合理設計并合成了含碘小分子4-nitrobenzyl carbamate-Cys(SEt)-Asp-Asp-Phe(Iodine)-2-cyano-benzothiazole (NBC-Iod-CBT)。當NBC-Iod-CBT進入硝基還原酶高表達的癌細胞后,其雙硫鍵被細胞內谷胱甘肽還原、NBC底物被硝基還原酶酶切,生成活潑中間體Cys-Iod-CBT。兩個Cys-Ido-CBTs之間立即發生CBT-Cys點擊縮合反生成兩親性的環狀二聚體Iod-CBT-Dimer,該二聚體可自組裝成納米粒子Iod-CBT-NPs。Nano-CT是一種在完整細胞內觀察三維納米結構的理想技術。其水窗技術可以使未染色的、約10微米厚的冷凍細胞以獨特的高對比度和分辨率在其接近原生狀態時進行三維成像。因此,細胞內形成的富碘納米粒子Iod-CBT-NPs可以通過高對比度的Nano-CT直接成像(見下圖)。而且,由于不同物質對X射線的吸收能力不同,它們的線性吸收系數值不同,細胞內形成的納米粒子可以通過其線性吸收系數來進一步確定。梁高林教授發展出來的這種策略有望幫助人們進一步區分細胞內形成的其他人工納米結構,從而深入了解細胞內納米結構的形成機制。

    該論文的第一作者為中國科學技術大學化學與材料科學學院博士生張苗苗。梁高林教授為唯一通訊作者。

    該項目研究得到國家杰出青年科學基金、基金委創新研究群體項目以及科技部國家重點研發計劃的資助。

    附文章鏈接:https://advances.sciencemag.org/content/6/43/eaba3190


    (化學與材料科學學院、科研部)

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