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纳米片递送量子点技术用于活细胞标记微管骨架

2020.5.25

量子点做为无机合成的纳米荧光探针，具有高荧光亮度和荧光稳定性，适合长时间观察和活体示踪。将量子点靶向递送入细胞浆，有助于细胞内蛋白瞬时相互作用研究，以及动态细胞学反应机制的长时程观察。目前量子点递送入细胞的方法主要分为两类：①协助递送策略：利用穿膜肽、多聚物载体、转染试剂等实现量子点的递送，但是需要考虑量子点被细胞内吞后的释放效率；②主动递送技术：包括电穿孔和显微注射，会对细胞造成一定程度的机械损伤。加州大学Shimon Weiss课题组，将光热纳米片技术（Photothermal nanoblade technique）用于量子点偶联物的细胞内递送，不需考虑内吞后的释放效率，同时避免了机械损伤。

研究者将激光脉冲作用于毛细管吸头的表面等离子体振子，使其紧邻的细胞膜部位形成纳秒级爆炸性气泡，这些气泡在细胞膜上瞬时形成切口或孔洞；同时，向毛细管施压，形成一股瞬时液流，量子点偶联物随之进入胞浆（图1a）。与传统的显微注射方法比较，光热纳米片与细胞膜的接触更加温和，避免了对细胞的机械损伤。上述研究者将该技术用于微管蛋白-量子点偶联物的递送，实现了活细胞内微管骨架的实时观察。如图1所示，研究者对于偶联策略进行了改进。如果采用一步法直接将量子点与微管蛋白进行偶联（图1c），递送入细胞后，量子点可能阻碍微管组装。为了克服该问题，研究者设计了多步骤的偶联策略（图1b）：①体外进行微管单体的聚合；②向微管聚合物中加入活化的量子点；③终止反应；④使微管聚合物解聚，纯化量子点-微管蛋白偶联物。研究者将获得的偶联物，以光热纳米片技术递送入细胞，清晰显示了微管骨架的丝状结构，并可长时间观察而没有淬灭（图2）。该方法充分利用了量子点在荧光成像中的优势，为细胞骨架的活细胞实时观察提供了新的研究手段。

图1 量子点与微管蛋白的偶联以及偶联物的递送模式图

(a) 利用光热纳米片技术将量子点-微管蛋白偶联物递送入细胞浆；(b) 多步法量子点-微管蛋白偶联策略；(c) 一步法量子点-微管蛋白偶联策略。

图2 Hela细胞的微管骨架成像

(a) 以多步法策略获得的量子点-微管蛋白偶联物在Hela细胞成像；(b) 以微管蛋白抗体对(a)图细胞进行免疫细胞染色成像；(c) (a)及(b)的叠加；(d) 未偶联的量子点在Hela细胞成像；(e) 以微管蛋白抗体对(d)图细胞进行免疫细胞染色成像；(f) (d)及(e)的叠加。

文献来源：

Xu J, Teslaa T, Wu TH, Chiou PY, Teitell MA, Weiss S. Nanoblade delivery and incorporation of quantum dot conjugates into tubulin networks in live cells. Nano Lett. 2012;12(11):5669-72.

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周锦帆