生物無機納米復合材料研究取得系列進展

　　隨著納米技術的不斷發展及其在生物醫學領域的廣泛應用，對各種納米材料進行系統研究、并作出全面的生物學評價正變得日益迫切與重要。國家納米科學中心研究組從細胞到動物整體水平上對多種天然蛋白-無機納米復合材料的性質、生理效應、機制及其生物醫學應用進行了深入研究，并取得了一系列進展。

　　在手性生物分子表面修飾對量子點細胞毒性的影響研究方面，研究組選取兩組不同粒徑的碲化鎘（CdTe）量子點，在其表面分別修飾具有不同手性的谷胱甘肽（GSH），從而得到手性量子點L-GSH-CdTe和D-GSH-CdTe。各組GSH-CdTe對培養的人肝癌細胞均表現出手性相關的細胞毒性及細胞自噬激活現象，而GSH-CdTe的細胞毒性與其誘導自噬的能力密切相關。同時，GSH-CdTe造成細胞溶酶體穩定性和pH值下降。進一步研究表明，由于兩種量子點表面的谷胱甘肽手性不同，導致其與環境中游離的含巰基分子發生表面交換的效率不同，進而導致了兩者穩定性的差異，這可能是導致其不同生物效應的主要原因。該研究揭示了與納米材料表面穩定劑手性相關的細胞代謝及毒性調控機制，為設計更安全的醫學成像用生物分子表面修飾劑提供了新的思路，也提示自噬可能是納米材料相關細胞毒的一種普遍機制。相關研究結果已在線發表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI：10.1002 / anie.201008206）。

　　在蛋白質指導的貴金屬納米粒子合成及其性質研究方面，研究組選用去鐵蛋白（apoFt）為納米反應器，利用其中空球型內腔為模板，首先合成了粒徑小于2 nm、尺度均一、分散性和穩定性良好的鉑納米顆粒（Pt-Ft）。Pt-Ft在不同的條件下能夠模擬過氧化氫酶（CAT）和辣根過氧化物酶（HRP）活性。該納米模擬酶不僅表現出良好的極端條件下的穩定性，還表現出對pH和溫度截然不同的依賴關系：Pt-Ft模擬CAT活性時，模擬酶活力隨著pH值或溫度的增加逐漸增強，高溫和高pH值還具有對酶活的協同增強作用；Pt-Ft模擬HRP時，其活力與天然HRP對溫度和pH的依賴關系相似，最適pH均為4，最適溫度也相近。這些獨特的性質使得去鐵蛋白指導合成的鉑納米粒子Pt-Ft在生物醫學和環境科學等領域都具有良好的應用前景。該研究結果發表在近期的Biomaterials (2011, 32, 1611-1618)上。

　　隨后，研究組繼續以天然去鐵蛋白為納米反應器，應用“控制點”（points of control）策略，在鐵蛋白重鏈的鐵氧化酶活性位點可控合成了各種成對納米金簇（Au-Ft）。與單一金簇相比，合成的Au-Ft復合物不僅保留了貴金屬金固有的光致發光特性，而且表現出可變的熒光發射光譜、顯著的熒光增強特性、以及最大發射波長的紅移，從而直接驗證了金簇對間相互作用效應的存在。Au-Ft具有高度的生物相容性和低細胞毒性，在小鼠體內外都表現出鐵蛋白受體介導的靶向定位作用。研究證明，Au-Ft可作為熒光探針用于遠紅外生物醫學整體成像，并具有小鼠腎臟特異組織靶向性。該研究提供了一種在低毒和具有生物活性的納米結構中合成貴金屬成像劑的理想方法。相關研究結果以論文的形式（Article）在線發表于J. Am. Chem. Soc.（DOI：10.1021/ja200746p）。

　　研究組的該系列工作將生物分子與無機納米材料特性相結合，為各種具有生物醫學應用前景的新型生物納米結構的合成提供了新的機遇。該研究工作得到了中國科學院、科技部973項目和國家自然科學基金委的資助。

　　手性GSH表面修飾影響量子點的細胞毒性：D-GSH-QDs的細胞毒性小于L-GSH-QDs，量子點誘導細胞死亡的能力與其手性依賴的自噬誘導能力相關

　　去鐵蛋白指導合成的Pt-Ft納米顆粒在模擬過氧化氫酶和辣根過氧化物酶時，酶活力隨pH和溫度的變化各不相同

　　去鐵蛋白指導可控合成金納米簇用于小鼠體內腎定位及生物醫學成像