JACS：“量子點”助力RNA干擾技術

15年前，科學家發現了一種阻礙基因表達路徑的方法——RNA干擾（簡稱RNAi）。這項榮膺2006年諾貝爾獎的發現承載著醫學科學的迫切希望，它可以通過沉默基因來阻礙特定蛋白制造，從而達到疾病治療的效果。不過到目前為止，RNA干擾技術很難在活體細胞中取得應用。

圖片說明：由不同尺寸的相同物質構成的量子點，會發出不同顏色的光。

（圖片來源：Xiaohu Gao, University of Washington）

美國華盛頓大學和埃默里大學科學家的一項最新研究，首次成功利用“量子點”（quantum dots）技術解決了這一問題。研究證實，新技術向細胞內導入小分子干擾RNA（siRNA）的效率是現有方法的10至20倍。相關論文在線發表于《美國化學會志》（JACS）。
 
論文作者之一、華盛頓大學助理教授Xiaohu Gao說，“我們相信這會對siRNA輸運領域產生重要影響。”另一位作者、佐治亞理工和埃默里大學教授聶書明也認為，“新的工作有助于攻克siRNA領域長期以來的一大障礙——如何在低毒性下高效地沉默基因。”
 
量子點即半導體熒光納米球，具有特殊光學性質，它們能夠按照尺寸發出不同顏色的光，因此被用于細胞成像、太陽能電池和發光二極管中。在最新研究中，科學家讓直徑6納米的量子點與siRNA復合體結合，帶正電荷的“質子海綿”（proton sponges）圍繞在每個量子點的周圍。而新方法的關鍵就是，研究人員可以調整量子點表層質子海綿的化學組成，從而精確控制量子點與siRNA的結合緊密度。
 
研究表明，在沒有量子點的情況下，攜帶負電荷的siRNA無法進入細胞；而有量子點陪同時，帶弱電的siRNA復合體能夠穿過細胞膜，并且擺脫內涵體（包裹進入細胞物質的脂肪泡），從而在細胞液中積累，實現阻斷蛋白制造的工作。
 
研究人員發現，實驗中當通過量子點輸運siRNA時，細胞內一種蛋白的生產可以降低到正常水平的2%。相比之下，用三種商業試劑或其他促反應物質來輸運siRNA時，該蛋白的生產為正常水平的13%至51%。
 

圖片說明：導入量子點-siRNA復合體15分鐘和1小時的細胞圖像。可以看到，前者主要集中在細胞中，后者已經分散到整個細胞液中。（圖片來源：University of Washington）

除了更高效地實現基因沉默，新技術的另一個重要方面就是熒光量子點可以讓科學家觀測siRNA在細胞內的運動。此前的示蹤劑發光時間不超過一分鐘，而用于細胞成像的量子點每次發光時間可達到一小時。在最新實驗中，研究人員能夠對siRNA路徑進行多個小時的觀測追蹤。
 
此外，新方法對細胞的毒性也比現有化學物質弱10倍。不過，量子點為何比現有技術更加有效，其原因還是個謎。Xiaohu Gao表示，“我們認為這種改進是由逃脫內涵體以及量子點與siRNA分離的能力引起的。”
 
由于美國食品與藥物管理局（FDA）沒有批準量子點可以用于人體，研究人員正在試圖將新技術“移植”到鐵氧化物粒子上來。聶書明表示，“展望未來，這項工作對活體siRNA療法具有重要意義——活體siRNA療法將需要無毒的鐵氧化物和生物降解聚合物運載體，而非量子點。”
 
（《美國化學會志》（JACS），10.1021/ja800086u，Maksym V. Yezhelyev, Lifeng Qi, Ruth M. O’Regan, Shuming Nie, and Xiaohu Gao）
 
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