作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 自组装金-脱氧核糖核酸纳米粒子方案，用于增强细胞摄取量、可调基因沉默功效和通过近红外辐射控制肿瘤抑制效果
大尺寸纳米结构(200纳米金-脱氧核糖核酸纳米颗粒)从/到超小纳米颗粒(2纳米金-聚氧化乙烯纳米颗粒)的组装和拆卸
纳米颗粒的代表性透射电镜图像
(c)杰作:《向日葵》(文森特·梵高，1889年)
(左):体内肿瘤滞留和可转化纳米颗粒的渗透
右图:纳米裸子植物在体外增强的细胞摄取和受控的癌基因沉默过程
①大尺寸的纳米颗粒被MCF-7细胞占据
②纳米颗粒在细胞质中待命
③在近红外辐射下，大尺寸的金-脱氧核糖核酸纳米结构解离并释放出小单元(2纳米金-聚氧乙烯-二氧化硅纳米粒子)来攻击细胞核
④沉默序列POY2T将与c-myc癌基因的P2启动子结合，下调MCF-7细胞的c-myc表达，可通过近红外辐射控制(开/关)和调节(低/中/高)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaw6264 为基于增强和受控基因干扰的治疗开发有效的递送系统是分子生物学中现存的挑战
纳米技术的前沿领域可以提供一种有效的跨学科策略来促进核酸的传递
在一份新的报告中，霍和他的同事在中国，德国和美国的纳米科学，交互材料，化学和聚合物研究的跨学科部门
S
使用与其互补链偶联的形成三链体的寡核苷酸序列来介导超小金纳米粒子的自组装
得到的向日葵状纳米结构显示出强的近红外吸收和光热转换能力
当科学家们用近红外辐射照射这些结构时，较大的纳米结构被分解，产生超小的纳米粒子，这些纳米粒子被c-Myc癌基因序列修饰，直接靶向癌细胞核
霍等
通过协同控制纳米粒子预培养细胞的时间和纳米结构自组装(体内和体外)以及近红外辐射的时间框架来控制基因沉默
该研究为构建高效、定制的纳米载体应用于基因干扰和治疗性基因传递提供了新的范例
基因疗法在治疗各种疾病和并发症方面具有巨大潜力，包括不孕症、艾滋病毒和癌症
减轻疾病症状的成功基因治疗依赖于有效的基因递送载体或载体
在此过程中，基因载体必须穿过许多生物屏障和细胞膜，同时避免内体截留和基于核酸酶的降解
与基于病毒的递送策略相比，非病毒基因递送方法在装载和释放脱氧核糖核酸/核糖核酸、靶向递送和细胞内摄取的过程中面临许多挑战，包括与体内免疫反应相关的不相容性
纳米技术的积极努力正在进行中，以设计稳定有效的载体，将基因转移到癌细胞
由于其独特的理化性质，出现了许多用于基因传递的纳米材料
其中，具有特定尺寸和表面性质的金纳米粒子可以克服体内障碍，成为研究最多的基因载体系统之一
然而，这些策略遇到了各种各样的缺点，因此建立有效的递送系统或增强和控制的基因治疗是重要的
向日葵状纳米结构的自组装和测试 在目前的工作中，霍等人
我们受到大自然的启发，能够通过设计DNA介导的自组装金DNA纳米结构(大约200纳米)来杂交DNA
类似向日葵的设计显示出强的近红外吸收和光热转换特性
在近红外辐射下，结构被分解释放出超小的金纳米粒子(2纳米，金纳米粒子)，具有致癌基因沉默的潜力，改善了细胞和细胞核的通透性，提高了转染效率
科学家们协同控制细胞-纳米材料的相互作用，基于在实验室中预培养的时间，随后是体内循环的时间和辐射的时间线
这些实验促进了细胞摄取的增加、可调节的基因沉默功效和受控的肿瘤抑制
可转化纳米载体为设计具有巨大生物医学潜力的纳米药物载体提供了一个很好的模型
自组装纳米结构的形貌表征
纳米球的透射电子显微镜(200千伏)图像，带有放大的结构细节
(二)生物透射电镜(80千伏)图像放大聚合物结构细节
高分辨率透射电子显微镜(200千伏)图像显示超小纳米粒子在自组装纳米结构上的分布
(四)纳米粉体表面形貌放大的扫描电镜图像
学分:科学进步，doi: 10
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aaw6264 霍等
首先合成了硫普罗宁包覆的两纳米金纳米粒子，并利用已建立的配体交换方法用巯基寡核苷酸对其进行修饰
23-核苷酸(nt) POY2T寡核苷酸结合c-myc癌基因的P2启动子，形成三链结构，下调致癌c-myc表达
与此同时，他们设计并合成了另一种单链序列，称为CA，与POY2T序列的尾部互补杂交，阻断其与c-myc癌基因的结合
完成后，纳米结构自组装成向日葵状结构
该团队使用透射电子显微镜研究了纳米结构(200纳米)
额外的成像揭示了“向日葵”结构的DNA部分的进一步细节
当材料科学家使用扫描电子显微镜来验证透射电子显微镜的结果时，他们观察到了这些方法之间的一致性
他们研究了超小金纳米粒子在脱氧核糖核酸介导的自组装之前的紫外-可见吸收光谱
单分散的单个两纳米金-聚氧化乙烯纳米粒子在近红外区表现出强吸收，在近红外辐射下产生热量
霍等
将观察到的强近红外吸收归功于较大纳米结构内粒子间距的接近和单个纳米粒子的不均匀空间分布
他们测试了自组装纳米结构在近红外辐射下的热响应，并注意到互补的脱氧核糖核酸序列(POY2T和CA)的熔点约为41℃，分离出互补脱氧核糖核酸序列之间双链结构的一半
霍等
选择10分钟作为研究中近红外辐射的最佳时间
自组装纳米结构的光热性能和分解行为研究
2纳米核心大小的纳米粒子和200纳米自组装纳米结构的可见吸收光谱
a
u
，吸光度单位
分散在水和细胞培养基中的自组装纳米结构在近红外辐射下的温度响应
平均值标准差，n = 3
在近红外辐射下，分散在水和细胞培养基中的自组装纳米结构的温升
近红外辐射下2纳米核心大小的纳米粒子和200纳米自组装纳米结构的最大吸光度(767纳米)的变化
近红外辐射(808纳米，10分钟)前后200纳米自组装纳米结构分解行为的透射电镜观察
(1)单分散2纳米金-聚氧化乙烯纳米粒子的流体动力学直径和200纳米纳米粒子在(2)和(3)不同时间(3和10分钟)近红外辐射前后的尺寸变化
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaw6264 自组装纳米结构的分解行为和概念验证 科学家们假设自组装纳米结构会收缩并分解成单个超小的金-磷-钇纳米粒子
在近红外辐射10分钟后，纳米结构的最大吸收(767纳米)显著降低，以分解向日葵结构
他们通过透射电镜观察跟踪了近红外辐射前后的实验，并使用粒度分析仪了解了尺寸高达6纳米的纳米结构的分解过程和尺寸变化，并确认了10分钟时间表的最佳适用性
霍等
将近红外辐射应用于用自组装金脱氧核糖核酸纳米结构处理的MCF-7细胞，并在体外测试它们的细胞摄取作为概念证明
他们在不同的培养时间内测定了金-磷酸钇(2纳米)的细胞内化，并使用电感耦合等离子体质谱和以前的方法对其细胞摄取进行了量化
他们注意到，与24小时的孵育时间表相比，孵育6小时后内化作用增强
他们没有观察到内吞作用的抑制剂影响金-磷-磷-磷-钾的摄取，这表明涉及一种替代途径，如膜融合
理解自组装纳米结构的基因沉默行为 自组装纳米结构的体外可控核定位和基因沉默研究
(一)用于可控核定位和基因调控研究的体外细胞实验装置示意图
(2)在不同预培养时间(③ 1、④ 3、⑤ 6和⑥ 12小时)后，用近红外辐射(10分钟)处理①个体2纳米金-聚氧乙烯-聚氧乙烯共聚物纳米颗粒、② 200纳米纳米颗粒和200纳米颗粒，定位在MCF-7细胞核中的2纳米金-聚氧乙烯共聚物纳米颗粒的数量
平均值标准差，n = 3
统计差异由双尾学生测验决定；*损益。0
05和* * P & lt0
01
(三)共聚焦观察异硫氰酸荧光素标记的纳米荧光素(绿色)在MCF-7细胞近红外辐射前后的分布
细胞核用4’，6-二氨基-2-苯基吲哚(蓝色)标记
(四)近红外辐射MCF-7细胞后，大尺寸纳米颗粒(上图，红色箭头)在细胞质中的定位和释放的小纳米颗粒(下图，蓝色箭头)在细胞质和细胞核中的分布的生物透射电镜图像
(5)在近红外辐射后(预培养时间分别为1、3、6和12小时后)，用200纳米纳米粒子处理的MCF-7细胞的细胞毒性评价，与对照、2纳米金-TIOP纳米粒子、POY2T序列、CA序列、2纳米金-POY2T纳米粒子、不经近红外辐射的200纳米纳米纳米粒子和仅经近红外辐射的纳米粒子进行比较
所有处理的浓度在POY2T序列中等于或等于1微米，并在总共24小时的孵育后进行测试
平均值标准差，n = 3
与治疗组比较有统计学差异:①双尾学生t检验确定的单个2纳米金-磷钇铁石榴石纳米粒子；*损益。0
05和* * P & lt0
01
(6)在上述不同处理后，通过实时聚合酶链反应测定的C-myc基因水平
平均值标准差，n = 3
统计差异由双尾学生测验决定；* *损益。0
01和* * * P & lt0
001
(G)通过蛋白质印迹测定的C-myc蛋白水平和(H)如上所述不同处理后的相应定量直方图
甘油醛磷酸脱氢酶
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaw6264 在增强细胞对体外自组装纳米结构的吸收后，研究小组使用近红外触发后的“待机”和“攻击”策略研究了纳米粒子在细胞核内的分布
为此，他们在孵育后提取细胞核，在不同的孵育期(1、3、6和12小时)进行近红外辐射后进行电感耦合等离子体质谱分析
他们指出，预培养期在很大程度上影响了细胞核内纳米粒子的内化，研究人员根据预培养和近红外辐射的时间来调节细胞核内的金-磷-钇纳米粒子
霍等
还使用细胞生存力测试研究了纳米胶囊的近红外辐射控制治疗效果；他们观察到癌基因沉默显著增加(80 %)并杀死更多的癌细胞
研究小组通过有效地改变预培养和照射的时间表来有效地控制治疗效果
这些结果支持了可转化纳米蛋白沉默c-myc癌基因和癌蛋白的优越能力
科学家们通过在近红外辐射前调整预孵育时间表来控制基因沉默过程
利用自组装纳米粒子控制肿瘤生长抑制 为了测试纳米脂质体在体内的可控抗肿瘤效果，科学家们首先研究了它们的血液相容性，以证实其良好的血液生物相容性
研究小组随后使用BALB/c裸鼠建立了MCF-7肿瘤模型，使肿瘤体积达到50 mm3，并将动物随机分为9组，用1000 l不同的POY2T制剂对其进行治疗
每次注射后，他们用近红外激光照射动物组10分钟，使局部温度达到41摄氏度以上
自组装纳米结构的可控肿瘤生长抑制研究
(一)第0天建立MCF-7肿瘤BALB/荷瘤裸鼠模型
肿瘤形成后，将小鼠随机分为9组，用100 μl各种制剂(相当于POY2T序列中的10微米；在第9、12和15天，用2纳米金-POY2T纳米粒子的组①和用200纳米纳米粒子的组②、③、④、⑤和⑥)
在组③、④、⑤和⑥中，在每次静脉注射后1、3、6和12小时用近红外激光照射肿瘤10分钟
生理盐水、仅近红外和POY2T用作对照组
每3天测量一次体重和肿瘤体积
比例尺，1厘米
在第24天处死小鼠后，分别分离所有肿瘤并称重
平均值标准差，n = 4
统计差异由双尾学生测验决定；*损益。0
05，* * P & lt0
01，和* * * P & lt0
001
(图片来源:中国国家纳米科学技术中心龚宁强
不同治疗后的器官(包括心脏、肝脏、脾脏、肺、肾和肿瘤)的苏木精和伊红染色图像
比例尺，200微米
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaw6264 值得注意的是，用纳米硒处理组处理并照射12小时的小鼠显示出最显著的抗肿瘤效果，表明基因沉默单位有效地递送到肿瘤部位
24天后，霍等人
处死动物，分离肿瘤并称重，以证明体内基于纳米粉末的近红外控制的肿瘤生长抑制
基于组织学研究，研究小组表明该治疗方法显著减少了肿瘤的生长，并且不影响其他器官的形态
该结果证实了纳米柔软剂和近红外疗法的治疗效果和无副作用
通过这种方式，霍和他的同事设计、开发并优化了用于有效抗肿瘤治疗的纳米制剂
他们设计了自组装的向日葵状纳米结构，作为装载了许多超小型治疗单元的多粒子载体
在近红外辐射下，纳米结构解离，释放出成群的小纳米粒子，以细胞核为目标
在荷瘤小鼠中，大向日葵被动地瞄准肿瘤部位，随后进行近红外辐射以转化肿瘤遗传组成并使其缩小
该研究小组旨在提高转染效率，并利用可转化的基因干扰载体在单细胞水平上进行复杂的治疗，为肿瘤部位的可控基因沉默提供蓝图
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