納米尺度物質(zhì)一旦進(jìn)入生命體系,將面臨復(fù)雜的多重生物屏障和生理結(jié)構(gòu),與不同細(xì)胞、組織、生物流體微環(huán)境等復(fù)雜納米-生物界面的互作方式是決定其被遞送到目標(biāo)部位的核心步驟。在納米生物效應(yīng)研究領(lǐng)域,缺乏跨尺度的高靈敏、原位表征解析組織、單細(xì)胞乃至單分子水平的納米材料在生命體內(nèi)的代謝與化學(xué)形態(tài)的技術(shù)與方法是制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題。
針對(duì)這一挑戰(zhàn),中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心陳春英研究員團(tuán)隊(duì)以二硫化鉬MoS2納米材料作為模型體系,通過(guò)研究其與重要生物系統(tǒng)(納米-蛋白質(zhì)、納米-血液、納米-肝臟和納米-脾臟)的相互作用,該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地闡明了納米蛋白冠介導(dǎo)的納米材料“體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)-生物轉(zhuǎn)化-生物利用”這一“體內(nèi)命運(yùn)的全過(guò)程”。
在研究過(guò)程中,該研究員團(tuán)隊(duì)與國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室軟X射線成像線站合作,利用同步輻射軟X射線成像技術(shù)對(duì)原代血液細(xì)胞開(kāi)展高襯度、高空間分辨的準(zhǔn)自然狀態(tài)三維成像。研究中采用冷凍成像,顯著減少了X射線對(duì)細(xì)胞樣品的輻射損傷,獲得MoS2的空間分布信息。通過(guò)計(jì)算分析線性吸收系數(shù)確定了該納米材料分布在血液?jiǎn)蝹€(gè)核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和血小板的內(nèi)部,成功實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞水平的納米材料空間定位分析。該研究為深入理解納米-生物界面如何調(diào)控納米材料在體內(nèi)復(fù)雜的化學(xué)生物學(xué)效應(yīng)和機(jī)制提供了新認(rèn)識(shí);同時(shí)為闡明納米材料的體內(nèi)命運(yùn)提供了普適性的多學(xué)科集成方法。這些技術(shù)方法為納米生物效應(yīng)與納米醫(yī)學(xué)研究提供了關(guān)鍵、前沿的分析手段,將大力推動(dòng)納米生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展。
相關(guān)研究成果以“Molybdenum derived from nanomaterials incorporates into molybdenum enzymes and affects their activities in vivo”為題發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Nanotechnology》上。
原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41565-021-00856-w
(a)納米蛋白冠介導(dǎo)的納米材料體內(nèi)“轉(zhuǎn)運(yùn)-生物轉(zhuǎn)化-生物利用”全過(guò)程。
(b)同步輻射軟X射線成像顯示MoS2在血液?jiǎn)蝹€(gè)核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和血小板的空間分布。