許多疾病是由人體細(xì)胞信號(hào)通路的缺陷引起的。將來(lái)，生物活性納米膠囊可能會(huì)成為醫(yī)學(xué)上控制這些途徑的有價(jià)值的工具。巴塞爾大學(xué)的研究人員朝這個(gè)方向邁出了重要的一步：他們成功地使多種不同的納米膠囊協(xié)同工作，以放大自然的信號(hào)級(jí)聯(lián)并影響細(xì)胞行為。

細(xì)胞不斷地相互交流，并具有獲取和處理信號(hào)的方式，類似于需要耳朵聆聽(tīng)聲音和語(yǔ)言知識(shí)以處理其含義的人類。為了治療各種疾病，控制細(xì)胞自身的信號(hào)傳導(dǎo)途徑對(duì)醫(yī)學(xué)非常感興趣。

巴塞爾大學(xué)化學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)和NCCR分子系統(tǒng)工程學(xué)院開(kāi)發(fā)了適合于此目的的生物活性材料。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，由Cornelia Palivan教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員將納米材料與天然分子和細(xì)胞結(jié)合在一起。

他們現(xiàn)在在《ACS Nano》雜志上報(bào)告，載有酶的納米膠囊如何進(jìn)入細(xì)胞并整合到其天然信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中。通過(guò)功能性偶聯(lián)幾個(gè)納米膠囊，它們能夠放大天然的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。

保護(hù)貨物

為了保護(hù)酶在細(xì)胞環(huán)境中不被降解，研究小組將它們裝入了聚合的小膠囊中。分子可以通過(guò)專門插入合成壁的生物孔進(jìn)入隔室，并與內(nèi)部的酶發(fā)生反應(yīng)。

研究人員對(duì)含有不同酶的納米膠囊進(jìn)行了串聯(lián)實(shí)驗(yàn)：第一個(gè)酶促反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)入第二個(gè)膠囊，并在內(nèi)部開(kāi)始第二個(gè)反應(yīng)。這些納米膠囊可以持續(xù)工作數(shù)天，并積極參與哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的自然反應(yīng)。

微小的揚(yáng)聲器和耳朵

一氧化氮(NO)是細(xì)胞接收和處理的眾多信號(hào)之一。由于NO信號(hào)通路中的缺陷與心血管疾病的發(fā)生有關(guān)，而且與肌肉和視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良有關(guān)，因此它是一種研究充分的細(xì)胞機(jī)制。該途徑包括被稱為一氧化氮合酶(NOS)的酶家族產(chǎn)生NO。然后，NO可以擴(kuò)散到其他細(xì)胞，在另一種細(xì)胞中，NO被稱為可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(sGC)的另一種酶感知。sGC的激活開(kāi)始級(jí)聯(lián)反應(yīng)，調(diào)節(jié)過(guò)多的不同過(guò)程，例如平滑肌松弛和感覺(jué)細(xì)胞對(duì)光的處理等。

由Palivan領(lǐng)導(dǎo)的研究人員生產(chǎn)了帶有NOS和sGC的膠囊，它們天然存在于細(xì)胞中，但濃度要低得多：產(chǎn)生NO的NOS膠囊的作用類似于揚(yáng)聲器，大聲而清晰地“呼喊”其信號(hào);sGC膠囊充當(dāng)“耳朵”，感應(yīng)并處理信號(hào)以放大響應(yīng)。

使用取決于sGC作用的細(xì)胞內(nèi)鈣濃度作為指標(biāo)，科學(xué)家表明，NOS和sGC加載膠囊的組合可使細(xì)胞更具反應(yīng)性，并使細(xì)胞內(nèi)鈣水平增加8倍。

酶替代療法的新策略

該研究的第一作者安德里亞·貝盧阿蒂(Andrea Belluati)博士說(shuō)：“這是一種通過(guò)將納米科學(xué)與生物分子相結(jié)合來(lái)刺激細(xì)胞生理變化的新策略。” “我們只需要將裝有酶的膠囊與細(xì)胞一起孵育，它們就可以立即采取行動(dòng)了”。

Cornelia Palivan補(bǔ)充說(shuō)：“這一概念證明是酶替代療法領(lǐng)域中重要步驟，酶替代療法用于治療諸如心血管疾病或多種營(yíng)養(yǎng)不良等生化途徑異常的疾病。”