时间:2016年11月30日
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科学家建立高效运载胞内蛋白质技术

发布时间:2017-06-12 15:12:38     浏览次数:

5月16日,中国科学院上海生命科学研究院(人口健康领域)宋海云研究组与上海应用物理研究所樊春海组合作的研究论文Nanodiamonds Mediate Oral Delivery of Proteins for Stem Cell Activation and Intestinal Remodeling in Drosophila 在线发表于ACS Applied Materials & Interfaces 杂志。该研究利用功能化的纳米金刚石(nanodiamonds,NDs)实现了蛋白质的高效装载、跨越细胞屏障和发挥细胞内功能,并进一步利用口服的NDs-蛋白质复合物在果蝇体内进行了肠干细胞激活和肠道重塑。

蛋白质功能的异常与各种疾病的发生密切相关。与利用化合物分子和基因疗法纠正蛋白质功能异常的方法相比,直接运送功能性蛋白质的方式具有更好的特异性和安全性。但转运胞内蛋白质需要克服几个难点:1)多数蛋白质难以直接跨越组织和细胞屏障;2)多数蛋白质载体在细胞内会进入内吞体-溶酶体途径,导致蛋白质降解;3)进入细胞的蛋白质不易与载体分离,影响其功能。因此,相关研究尤其是针对体内的研究,还处于初步阶段。
  
漫威世界无限宝石中的空间宝石能够将物体转移至任何空间。而现实生活中,有一种被称为纳米金刚石(NDs)的材料具有很强的表面吸附能力,常被用来运载药物小分子。那么,NDs是否也能运载功能性蛋白质呢?本工作中,研究人员发现NDs不仅能高效地装载各种蛋白质,而且进入细胞内的NDs能够避免与早期内吞体融合,从而防止了蛋白质降解。虽然之前的研究也发现某些纳米材料能够从内吞体或溶酶体中逃离,但不与内吞体融合的现象还是首次被观察到。然而,研究人员也观察到,进入细胞后代蛋白质仍然牢固地定位于NDs上,不能有效地释放出来。为了克服这一问题,研究人员从敦煌壁画中飞天仙女的装束得到灵感,将多聚赖氨酸缠绕在NDs表面,极大地促进了蛋白质在细胞内的释放过程。作为体内应用的例子,果蝇食物中的NDs-蛋白质复合物能够有效地将蛋白质载入肠细胞并引发干细胞激活。
  
该研究得到科技部、国家自然科学基金委和中科院的资助。

a. 纳米金刚石运输蛋白质穿过细胞屏障的能力堪比空间宝石;b. 多聚赖氨酸缠绕的纳米金刚石,让人想到敦煌壁画中飞天仙女的装束。

 
来源:中国科学院上海生命科学研究院