南京林业大学考研(南京林业大学考研专业目录)

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在植物细胞转染方面，人们利用加压枪将微粒弹道发射到细胞上，从而可实现功能大分子的基因枪胞内递送（biolistic intracellular delivery）策略。然而，过高的毒性限制了这一策略在哺乳动物细胞中的应用。为了克服这一挑战，比利时根特大学Kevin Braeckmans教授、Stefaan De Smedt和南京林业大学熊燃华教授等人提出了一种更精细的纳米技术方法，即通过光触发的自组装纳米炸弹（NBs）实现基因枪递送策略。NBs由环绕着较小纳米弹丸的光热核心粒子组成，在脉冲激光照射下，核心粒子的快速加热导致蒸汽气泡（VB）的形成，从而推动纳米弹丸穿过附近细胞的细胞膜。利用这一策略，研究展示了用mRNA和pDNA成功转染贴壁细胞和非贴壁细胞，比传统的物理转染技术电穿孔的转染率高出5.5–7.6倍。实验结果显示，以每秒104-105个细胞的吞吐量，利用NBs的基因枪递送可为哺乳动物细胞提供规模化且高效的转染能力。相关工作以“Light triggered nanoscale biolistics for efficient intracellular delivery of functional macromolecules in mammalian cells”为题发表在Nature Communications。

【文章要点】

一、纳米炸弹的设计和制备

在这项工作中，研究将作为光热核心的氧化铁纳米颗粒（IONP）和作为纳米弹丸荧光聚苯乙烯纳米球或生物相容性聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）纳米颗粒进行生物素-链霉亲和素偶联，并进一步自组装成纳米炸弹。在脉冲激光照射下，光热核心粒子将迅速加热并蒸发周围的水，从而形成水蒸气泡（VB）（图1）。

图1NBs的合成和表征

二、转染哺乳动物细胞

形成的VBs紧接着会崩塌产生机械效应，可推动纳米弹丸穿过周围的介质以及附近细胞的细胞膜。通过这种方式，细胞膜上形成了孔，外源化合物可以通过孔进入细胞的细胞质。实验表明，从PI染料等小分子到核酸大分子（mRNA和pDNA）均可以通过这种方式进入细胞（图2）。在贴壁细胞和悬浮细胞上，使用纳米炸弹可以将pDNA转染效率提高到约20%，细胞存活率约为70%，mRNA转染的效率甚至比之前报道的效率还要高出1.6-2.4倍。进一步地，研究也证明了光触发NBs比传统电穿孔Jurkat细胞的表现好5.5-7.6倍。更重要的是，光触发NB由生物相容性材料组成，具有临床转化的潜力，例如可用于细胞治疗的工程细胞的生成。此外，以空间分辨方式转染细胞的可能性为进一步研究特定细胞分化以生成组织工程中的高级组织模型开辟了道路。

图2激光活化NBs进行大分子的胞质递送

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文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29713-7

来源：高分子科学前沿

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