作者:Thamarasee Jeewandara，科学X网络，物理
（同organic）有机 中子共振触发的细胞内中子活化碳-碘-碳纳米管自组装成碘-碳纳米管-纳米粒子的示意图
在谷胱甘肽(GSH)还原和硝基还原酶(NTR)裂解作用下，小分子4-硝基苄基氨基甲酸酯-Cys(SEt)-Asp-Asp-Phe(碘)-2-氰基-苯并噻唑(NBC-Iod-CBT)发生细胞内CBT-Cys点击缩合反应，并自组装成碘化纳米粒子(I
e
Iod-CBT-NPs)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba3190 目前在实验室中直接观察细胞内纳米结构的形成具有挑战性
在一份新的报告中，张和中国的一个化学、生命科学、医学工程和科学技术的研究小组使用了一种合理设计的小分子缩写NBC-Iod-CBT(4-硝基苄基氨基甲酸酯-Cys(SEt)-Asp-Asp-Phe(碘)-2-氰基-苯并噻唑)并用纳米计算机断层摄影(nano-CT)直接观察细胞内纳米粒子的形成
在实验过程中，谷胱甘肽的还原和硝基还原酶的裂解机制导致NBC-Iod-CBT分子发生点击缩合反应，并自组装成纳米粒子Iod-CBT-NPs
当研究小组在实验室中对NBC-Iod-CBT处理的表达硝基还原酶的HeLa细胞进行纳米CT成像时，他们显示出在细胞质中存在自组装的Iod-CBT-NPs。
这项新策略现已发表在《科学进展》杂志上，将帮助生命科学家和生物工程师了解细胞内纳米结构的形成机制
纳米组装的智能策略 利用细胞内的小分子前体组装纳米结构是一种智能策略，在分子成像和药物输送方面具有很大优势
小分子很容易被细胞吸收，但它们也很快被清除
相比之下，含有治疗剂的纳米结构在细胞中的保留时间更长，效力更高
然而，与小分子相比，细胞更难获得纳米结构
因此，科学家通过靶向“弹头”修饰细胞表面来激活细胞摄取的纳米结构，但这种修饰会降低纳米复合体的可重复性
因此，最近开发的智能方法旨在形成细胞内纳米粒子，其中与小分子前体一起孵育的细胞培养物将具有纳米结构，用于分子成像和药物递送的激动人心的应用
然而，仍然难以区分人工形成的纳米结构和固有的细胞结构
为此，张等人
他们首先设计了一种含碘(iod)的小分子前体，然后将这种化合物进行细胞内酶指导的自组装，形成感兴趣的纳米粒子，并使用纳米计算机断层扫描(nano-CT)观察细胞内的纳米粒子
Iod-CBT-NPs的体外表征
碘-碳-硼-氮磷化合物的透射电镜图像
高效液相色谱痕量500微米NBC-Iod-CBT(黑色)，500微米NBC-Iod-CBT与TCEP (2 mM)孵育1小时，然后在10 mM PBS中于37℃下与NADH (5 mM)和NTR (5 U/ml)进一步孵育2小时(红色)
检测波长:320纳米
(三)碘-碳-硼-氮磷的2D投影图像
(四)Iod-CBT-NPs三维渲染图像(黄色)
线性吸收系数
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba3190 实验 碘化NBC-Iod-CBT小分子结构设计合理，由四部分组成，包括 一种分解硝基还原酶的4-硝基苯氧基氨基甲酸酯(NBC)底物，一种潜在的半胱氨酸(Cys)基序和用于Cbs-Cys点击缩合反应的2-氰基-苯并噻唑(CBT)结构，一个用于计算机断层造影增强的碘化区域，以及两个在生理条件下具有良好水溶性的亲水性天冬氨酸基序
当这种化合物进入过度表达低氧(缺氧)癌细胞的硝基还原酶(NTR)时，它们经历了自我组装形成纳米粒子(NPs)，称为Iod-CBT-NPs
为了在实验室中诱导硝基还原酶(NTR)触发的纳米粒子形成，科学家们将小分子NBC-Iod-CBT与缓冲盐水溶液一起孵育，并加入硝基还原酶溶液两个小时，以形成可见吸收在500-700纳米之间的纳米结构
NBC-Iod-CBT处理缺氧HeLa细胞的透射电镜图像
(一)低氧HeLa细胞与250微米碘-碘-环胞苷孵育4小时的低倍透射电镜图像
(二)高倍透射电镜图像中的红色正方形区域(一)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba3190 当张等人
向溶液中加入一种称为双香豆素的硝基还原酶抑制剂，混合物的可见吸收率降低，证实了在硝基还原酶存在下纳米结构的形成
利用透射电子显微镜图像，该小组观察了纳米粒子的外观，并使用高效液相色谱和高分辨率基质辅助激光解吸/电离质谱来确认Iod-CBT-NPs的形成
张等
此后，使用混合物的三维纳米计算机断层扫描图像和软x光显微纳米计算机断层扫描最终重建三维纳米计算机断层扫描图像，其中化合物的不同成分显示不同的x光吸收能力
通过这种方式，实验促进了所关注的NBC-Iod-CBT化合物进行NTR触发的自组装，以在实验室中形成预期的纳米粒子(Iod-CBT-NPs)
Iod-CBT-NPs的细胞内形成与软X射线显微纳米CT成像 张等
接下来研究了诱导细胞内纳米粒子自组装的相同实验过程
感兴趣的化合物(NBC-Iod-CBT)对硝基还原酶具有较高的选择性，从而在存在其他细胞内成分(如生物硫醇、氧化剂和氨基酸)的情况下防止任何可能的细胞内干扰
人宫颈癌HeLa细胞通常在缺氧条件下(缺乏足够的氧气水平)过度表达硝基还原酶，在8小时内达到最高实验水平
当张等人
用小分子NBC-Iod-CBT孵育缺氧HeLa细胞，他们观察到缺氧HeLa细胞内最终形成纳米颗粒
使用细胞的电子显微镜图像，他们显示了细胞浆中纳米颗粒的存在
为了直接观察细胞内感兴趣的纳米粒子，研究小组对缺氧的HeLa细胞进行了实验性处理，并使用软X射线显微镜纳米CT对其进行了成像
然后，他们使用用双香豆素或常氧(正常氧水平)预处理的低氧HeLa细胞作为两个阳性对照，使用未处理的低氧或常氧HeLa细胞作为两个阴性对照
结果表明在缺氧的HeLa细胞胞质中形成了Iod-CBT-纳米粒子
当他们对这些细胞进行硝基还原酶抑制剂治疗时，细胞质的计算机断层扫描对比度降低
该团队重建了细胞的二维投影，以获得三维纳米细胞图像
利用线性吸收系数或线性衰减系数，张等
证实了细胞内纳米粒子形成的可行性
用软x射线显微纳米CT成像直接观察Iod-CBT-NPs
(一)用250微米NBC-Iod-CBT处理4小时的低氧HeLa细胞(左)、用500微米双香豆素(NTR抑制剂)处理然后用250微米NBC-Iod-CBT处理4小时的低氧HeLa细胞(中)和用250微米NBC-Iod-CBT处理4小时的正常HeLa细胞(右)的2D投影图像
(二)(一)部分红线对应的绝对软x射线吸收
(三)(一)中对应的3D分段HeLa细胞
在分段区域中，黄色结构是Iod-CBT-NPs，绿色结构是细胞质，蓝色结构是细胞核
(四)(三)部分红色矩形区域的放大图
(E)全细胞内Iod-CBT-NPs的LAC直方图【C左图中的黄色结构】及其对应的高斯拟合曲线(黑色)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba3190 前景 这样，张和他的同事们合理地设计了一种碘化小分子NBC-Iod-CBT结构，利用纳米ct直接在细胞内形成和观察纳米粒子
在体外进行第一手实验后，研究小组在表达硝基还原酶的HeLa细胞的细胞质中进行了进一步的研究
利用分析技术，研究小组展示了在小分子NBC-Iod-CBT处理的缺氧HeLa细胞中形成纳米颗粒(Iod-CBT-NP)
他们用线性吸收系数验证了他们的方法，并证实了细胞内纳米粒子形成的可行性
这项工作将有助于研究人员更深入地了解细胞内纳米结构的形成，在纳米医学和生物工程中有重要的应用
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
