实验发现纳米管有可能刺穿细胞

上一篇 / 下一篇  2011-09-21 15:22:23 / 个人分类:科学探索

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  纳米材料如碳纳米管,在医疗上有着广泛的应用前景,比如作为递送工具,将药物运载到特定的细胞或人体内特定部位。但如果不了解纳米材料和细胞之间的相互作用,反而会带来大麻烦。美国物理学家组织网9月19日(北京时间)报道,美国布朗大学和中国科学院最近的一项实验发现,纳米管有可能会刺穿细胞,给细胞带来极大伤害。相关论文发表在近期出版的《自然—纳米技术》上。

  人们知道石棉对人体有害,其长长的纤维能像箭一样刺穿细胞。但科学家一直不理解,细胞为何会对石棉纤维和其他纳米级的材料感兴趣,这些材料对细胞来说太长了,根本无法整个吞下去。美国布朗大学研究小组通过分子模拟发现,碳纳米管尖端接近细胞时,细胞会产生“误会”,以为它只是个小圆球而不知其是个圆柱,等意识到小球“太长”,根本吞不下时,已经为时太晚。随后科研人员又用纳米管、金纳米线对小鼠肝脏细胞、人类间皮细胞进行细胞实验,发现90%的纳米材料都是以尖端90度角进入细胞。

  石棉纤维、商用碳纳米管和金纳米线都有一个圆形的尖头,直径在10纳米到100纳米之间,正处于细胞处理范围。细胞上有一种受体蛋白质会聚集并弯曲细胞膜壁,使细胞卷曲包住纳米管尖端,反向调整纳米管角度,使纳米管尖端能以90度进入,从而降低细胞吞噬微粒所需的能量。这一行为叫做“尖端识别”。

  “我们原以为纳米管会贴附细胞膜以得到更多结合位点,但模拟却显示,纳米管稳定地旋转到近垂直角度以适于进入,以便其尖端被完全包围。这和人们的直觉相反。”论文第一作者史兴华(音译)说,细胞膜包住纳米管时,会释放弯曲能量。“如果纳米管的圆形尖端被切掉,开口而且中空,它就只会贴在细胞膜上而不会进入细胞。”

  论文通讯作者、布朗大学工程教授高华健(音译)说,当细胞的内吞作用开始,就没办法再退回去。细胞觉得无法整个吞下纳米管,就会求救。但求救信号反而会引发免疫反应,造成更多炎症反应。

  高华健说:“只有完全理解纳米材料和细胞之间的相互作用,才能设计出可靠的运输工具,控制它们和细胞之间的相互作用,不引起中毒反应,最终制造出对细胞没有吸引力的纳米管,只帮助细胞而不会伤害它们。”


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