許多疾病是由人體細胞信號通路的缺陷引起的。將來，生物活性納米膠囊可能會成為醫(yī)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(xié)同工作，以放大自然的信號級聯(lián)并影響細胞行為。

細胞不斷地相互交流，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(yī)學非常感興趣。

巴塞爾大學化學系的研究團隊和NCCR分子系統(tǒng)工程學院開發(fā)了適合于此目的的生物活性材料。為了實現(xiàn)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(jié)合在一起。

他們現(xiàn)在在《ACS Nano》雜志上報告，載有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(lián)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(huán)境中不被降解，研究小組將它們裝入了聚合的小膠囊中。分子可以通過專門插入合成壁的生物孔進入隔室，并與內(nèi)部的酶發(fā)生反應。

研究人員對含有不同酶的納米膠囊進行了串聯(lián)實驗：第一個酶促反應的產(chǎn)物進入第二個膠囊，并在內(nèi)部開始第二個反應。這些納米膠囊可以持續(xù)工作數(shù)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(fā)生有關，而且與肌肉和視網(wǎng)膜營養(yǎng)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(chǎn)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(huán)化酶(sGC)的另一種酶感知。sGC的激活開始級聯(lián)反應，調(diào)節(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(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：“這是一種通過將納米科學與生物分子相結(jié)合來刺激細胞生理變化的新策略。” “我們只需要將裝有酶的膠囊與細胞一起孵育，它們就可以立即采取行動了”。

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