纳米材料影响细胞结构与功能研究进展.pdfVIP

物物理学报 2010 年8 月 第26 卷 第8 期: 613-622 A CTA BIO PHYS ICA S INICA 20 10 Vol.26 No.8: 613-622 www.cj 综述/ Mini Review 纳米材料影响细胞结构与功能的研究进展 王静, 梁 伟 国科学院生物物理研究所，生物大分子国家重点实验室，蛋白与多肽药物实验室，北京 100101 收稿日期：2010-07-06；接受日期：2010-08-09 基金项目：自然科学基金重大研究计划30901869)，国家重大科学研究计划(2006CB933305)， - 芬国际合作项目(2008DFA01510) 通讯作者：梁伟，电话：(0E-mail ：weixx@ 摘要：随着纳米技术的飞速发展 纳米材料为改善人们的生活方式展示了诱人的前景 与此同 时 人们也逐渐为纳米材料潜在的危害性感到担忧遥 纳米材料对细胞结构和功能的影响决定了 该材料的细胞毒性与应用价值遥 遗憾的是人们往往将研究重点放在细胞对纳米材料的摄取和代 谢过程 而忽视了纳米材料对细胞结构和功能的影响遥 本文综合近几年的研究报道 简要叙述 纳米材料对细胞膜尧 细胞骨架和细胞 结构 以及细胞某些重要生理功能的影响 包括细胞凋 亡与自噬尧 干细胞生长与分化尧 肿瘤细胞粘附与转移和神经细胞信号转导遥 关键词：纳米材料曰 细胞膜曰 细胞骨架曰 基因毒性曰 细胞功能 中图分类号：Q255, Q274 0 引 言 纳米材料的研究与应用，近10 年来取得了飞速发展，相关的文章与专利数目几乎呈指 数增长趋势。大量有开发前景的新型纳米材料脱颖而出，许多纳米材料组装体也 经广泛 [1] 应用于各个领域 。随着研究的深入与应用的推广，纳米材料的生物安全性与应用广泛性越 来越受到人们的关注。纳米材料对细胞结构和功能影响的基础研究是阐明其安全性和指导 其应用性的必要前提条件。综合相关的国内外研究进展，本文将简要阐述部分有机和无机 纳米材料对细胞膜、细胞骨架和细胞核等亚细胞结构，以及细胞死亡、生长分化、粘附转 移和信号转导等细胞功能的影响。 1 纳米材料对细胞结构的影响 1.1 细胞膜 细胞膜不仅是细胞的首要防御屏障，也是细胞与环境之间进行物质交换和信息交流的 巨大平台。纳米材料与细胞作用的第一环节 是细胞膜，其 包括膜脂与膜蛋白。 1.1.1 膜脂 磷脂双层膜组成细胞的结构边界，维持细胞的完整性与内部环境的稳定性。脂质在细 胞膜表面存在凝胶相与流动相两种相区。纳米材料与细胞膜接触时产生一定的压力，可能 613 综述/ Mini Review 生物物理学报 2010 年 第26 卷 第8 期 [2] 诱导膜脂发生相变。Wang 等人 采用荧光共振能量转移和等温滴定微量热技术观察到， 20 nm 的带电聚苯乙烯纳米粒与脂质体非特异性吸附后，脂质体在接触点发生相变。磷脂 膜相变的发生与纳米粒的表面电荷有关，与磷脂的种类和纳米粒的大小无关。带负电的纳 米粒诱导磷脂膜由流动相转变为凝胶相，带正电的纳米粒则诱导凝胶相转变为流动相。 [3] Nature Nanotechnology 对该文章在纳米研究领域的创新性工作给予了高度评价 。纳米材料 [4] 除了诱导脂膜发生相变外，还会 “刺穿”磷脂双层膜。Roiter 等人 采用原子力显微镜技术