基础科学研究所 用于破坏癌症溶酶体稳定性和选择性杀死癌细胞的混合电荷纳米粒子
底部一行的直方图显示混合电荷纳米粒子选择性地杀死十三种癌细胞系(直方图在右边)，而不伤害四种正常的上皮或成纤维细胞类型/线(直方图在左边)
信用:IBS 一组来自基础科学研究所(韩国)，隶属于蔚山国家科学技术研究所(UNIST)的软物质和生命物质中心的研究人员发现了一种选择性靶向和杀死几种类型癌细胞的新方法
溶酶体是充满大量酶和酸的小囊，用于分解和回收受损和不需要的细胞成分
换句话说，它们同时是细胞的废物容器和回收中心
典型地，溶酶体通过将降解过程的副产物释放到细胞外来清除它们
把垃圾放在外面才有意义
例如，想象一下，把你家里所有的垃圾收集到一个垃圾桶里，然后把厨房地板上的同一个垃圾桶倒空，让你的生活条件变得很糟糕
类似地，刺穿溶酶体并在细胞内释放其有毒物质会损伤细胞成分，使其无法修复，在极端情况下，还会引发细胞死亡
由于癌症溶酶体比健康细胞的溶酶体更容易被破坏，科学家们一直在研究使用这种策略作为靶向对常规治疗有抗性的癌症的有希望的替代方案
然而，只有少数潜在的治疗方法可以针对溶酶体，并且大多数缺乏癌症选择性
这项发表在《自然纳米技术》杂志上的研究表明，覆盖有带正电荷[+]和负电荷[-]分子混合物的纳米粒子可以通过靶向癌细胞的溶酶体来选择性杀死癌细胞
癌细胞的死亡源于一系列显著的运输和聚集现象，从细胞表面形成小的纳米粒子簇开始，到癌细胞溶酶体内部微米大小的纳米粒子晶体的组装结束
纳米颗粒晶体导致溶酶体肿胀，溶酶体膜的完整性逐渐丧失，最后导致细胞死亡
延时显微镜揭示了含有混合电荷纳米粒子货物的溶酶体的运动
与健康细胞中溶酶体的定向轨迹(右)相比，癌细胞中的溶酶体(左)速度减慢并聚集在细胞中心周围
信用:IBS 巴托兹·阿说:“在这项工作中，我们利用了不受管制的癌细胞废物管理系统，作为构建高质量纳米粒子晶体的“纳米装配线”，这些晶体破坏了最初让癌细胞生长的溶酶体“反应器”
该研究的主要作者之一Grzybowski
癌细胞典型的酸性环境有利于混合电荷纳米粒子的聚集
“然而，非癌细胞也内化混合电荷的纳米粒子，但是纳米粒子的聚集是有限的
这项研究的主要作者之一克里斯蒂安娜·坎德雷-葛兹博沃斯卡解释说:“纳米粒子很快通过回收路线，从这些细胞中被清除出去。”
“我们的结论是基于十三种不同的肉瘤、黑色素瘤、乳腺癌和肺癌细胞系与四种非癌细胞类型的比较，”该研究的第一作者玛格达莱娜·博尔科夫斯卡补充道
“纳米粒子对所有13种癌症都有效，同时不伤害非癌细胞
" 当纳米粒子通过癌细胞的溶酶体系统时，它们的聚集是一个复杂的过程
研究小组发现，表面成分约为80% [+]和20% [-]配体的纳米粒子显示出最佳的癌症选择性
带负电荷的配体对酸碱度也很敏感，这似乎是癌症选择性的关键
在癌细胞周围和溶酶体内部发现的酸性酸碱度中，这些配体被质子化，易于与邻近纳米颗粒上的类似配体相互作用，从而促进它们的聚集
吸引相互作用(即[-]配体之间的键和纳米粒子核之间的强相互作用)和相邻粒子上[+]配体之间的静电排斥之间的平衡决定了纳米粒子聚集的程度
总的来说，颗粒、血清蛋白和细胞内部环境之间的相互作用共同削弱了癌症溶酶体
溶酶体内纳米粒子聚集的效应
该图显示了癌症(左边)和正常(右边)细胞中溶酶体(红色)的轨迹(白色)
癌细胞中的纳米粒子聚集体(绿色)损害了溶酶体观察细胞内部的能力
比例尺，10？m
信用:IBS 纳米粒子簇可能改变溶酶体膜的脂质组成，影响其完整性，并使其机械强度降低
出乎意料的是，我们的团队还发现，一些蛋白质，如细胞生长信号分子mTORC1，从含有纳米颗粒的癌症溶酶体表面被取代(并因此被抑制)
这一点很重要，因为癌细胞的生长和分裂需要mTORC1，而纳米粒子只能在癌细胞中关闭它，”坎德雷-葛兹博沃斯卡解释道
虽然单个纳米粒子的大小与平均蛋白质分子的大小大致相同，因此太小，无法用大多数动态活细胞显微镜方法观察到，但可以观察到由几个纳米粒子组成的晶体
该团队使用了一系列互补的方法，包括暗场显微镜、共焦反射显微镜和透射电镜，以及生物化学和计算方法来评估混合电荷纳米粒子对溶酶体细胞器的全面影响
这项研究开辟了新的研究方向
混合电荷策略可应用于其他类型的纳米粒子，如聚合物基粒子、树枝状大分子或氧化铁纳米粒子
另一个重要的步骤是在动物模型中测试混合电荷纳米粒子对抗肿瘤的有效性
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