中國科大實(shí)現(xiàn)Nano-CT直接觀察細(xì)胞內(nèi)納米粒子的形成
2020年10月23日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》在線發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院梁高林教授課題組的研究成果，文章標(biāo)題為《Directly observing intracellular nanoparticle formation with nanocomputed tomography》。該文章報(bào)道了一種含碘小分子在細(xì)胞內(nèi)自組裝成富碘納米粒子的“智能”策略，并用納米計(jì)算機(jī)斷層掃描（Nano-CT）直接觀察到細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞內(nèi)組裝成納米結(jié)構(gòu)是一種智能策略，其在分子影像和藥物遞送領(lǐng)域顯示出很大優(yōu)勢。小分子容易被細(xì)胞攝取，但會(huì)很快被清除。納米結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中保留時(shí)間長，但很難被細(xì)胞攝取。小分子在細(xì)胞內(nèi)形成納米結(jié)構(gòu)的“智能”策略，恰好利用了小分子和納米結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的優(yōu)勢。但由于細(xì)胞內(nèi)存在大量的天然納米結(jié)構(gòu)，迄今為止，如何把人工形成的納米結(jié)構(gòu)從細(xì)胞內(nèi)的天然納米結(jié)構(gòu)中區(qū)分出來仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
梁高林教授基于本課題組特色的CBT-Cys點(diǎn)擊縮合反應(yīng)，合理設(shè)計(jì)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(dāng)NBC-Iod-CBT進(jìn)入硝基還原酶高表達(dá)的癌細(xì)胞后，其雙硫鍵被細(xì)胞內(nèi)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(gè)Cys-Ido-CBTs之間立即發(fā)生CBT-Cys點(diǎn)擊縮合反生成兩親性的環(huán)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(xì)胞內(nèi)觀察三維納米結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)。其水窗技術(shù)可以使未染色的、約10微米厚的冷凍細(xì)胞以獨(dú)特的高對比度和分辨率在其接近原生狀態(tài)時(shí)進(jìn)行三維成像。因此，細(xì)胞內(nèi)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(zhì)對X射線的吸收能力不同，它們的線性吸收系數(shù)值不同，細(xì)胞內(nèi)形成的納米粒子可以通過其線性吸收系數(shù)來進(jìn)一步確定。梁高林教授發(fā)展出來的這種策略有望幫助人們進(jìn)一步區(qū)分細(xì)胞內(nèi)形成的其他人工納米結(jié)構(gòu)，從而深入了解細(xì)胞內(nèi)納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。
該論文的第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院博士生張苗苗。梁高林教授為唯一通訊作者。
該項(xiàng)目研究得到國家杰出青年科學(xué)基金、基金委創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目以及科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。
附文章鏈接： https://advances.sciencemag.org/content/6/43/eaba3190
（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）
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