具有生物活性的納米膠囊可劫持細胞行為

許多疾病是由人體細胞信號通路的缺陷引起的。將來，具有生物活性的納米膠囊將成為醫學上控制這些途徑的有價值的工具。巴塞爾大學的研究人員朝這個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同工作，以放大自然的信號級聯并影響細胞行為。

細胞不斷地相互通信，并具有獲取和處理信號的方式，類似于需要耳朵聆聽聲音和語言知識以處理其含義的人類。為了治療各種疾病，控制細胞自身的信號傳導途徑對醫學非常感興趣。

巴塞爾大學化學系和NCCR分子系統工程學的研究小組正在開發可能適用于此目的的生物活性材料。為了實現這一目標，由Cornelia Palivan教授領導的研究人員將納米材料與天然分子和細胞結合在一起。

他們現在在ACS Nano雜志上報告，負載酶的納米膠囊如何進入細胞并整合到其天然信號傳導過程中。通過功能性偶聯幾個納米膠囊，它們能夠放大天然的信號傳導途徑。

保護貨物

為了保護酶在細胞環境中不被降解，研究小組將它們裝入了聚合的小膠囊中。分子可以通過專門插入合成壁的生物孔進入隔室，并與內部的酶發生反應。

研究人員對含有不同酶的納米膠囊進行了實驗，這些酶協同工作：第一個酶促反應的產物進入第二個膠囊，并在內部開始第二個反應。這些納米膠囊可以持續工作數天，并積極參與哺乳動物細胞中的自然反應。

微小的揚聲器和耳朵

一氧化氮(NO)是細胞接收和處理的眾多信號之一。由于NO信號通路中的缺陷與心血管疾病的發生有關，而且與肌肉和視網膜營養不良有關，因此它是一種研究充分的細胞機制。該途徑包括被稱為一氧化氮合酶(NOS)的酶家族產生NO。然后，NO可以擴散到其他細胞，在另一種細胞中，NO被稱為可溶性鳥苷酸環化酶(sGC)的另一種酶感知。sGC的激活開始級聯反應，調節過多的不同過程，例如平滑肌松弛和感覺細胞對光的處理等。

由Palivan領導的研究人員生產了帶有NOS和sGC的膠囊，它們天然存在于細胞中，但濃度要低得多：產生NO的NOS膠囊的作用類似于揚聲器，大聲而清晰地“呼喊”其信號;sGC膠囊充當“耳朵”，感應并處理信號以放大響應。

使用取決于sGC作用的細胞內鈣濃度作為指標，科學家表明，NOS和sGC加載膠囊的組合可使細胞更具反應性，并使細胞內鈣水平增加8倍。