納米尺度物質(zhì)一旦進入生命體系,將面臨復雜的多重生物屏障和生理結(jié)構(gòu),與不同細胞、組織、生物流體微環(huán)境等復雜納米-生物界面的互作方式是決定其被遞送到目標部位的核心步驟。在納米生物效應研究領域,缺乏跨尺度的高靈敏、原位表征解析組織、單細胞乃至單分子水平的納米材料在生命體內(nèi)的代謝與化學形態(tài)的技術與方法是制約其發(fā)展的關鍵瓶頸問題。
針對這一挑戰(zhàn),中國科學院國家納米科學中心陳春英研究員團隊以二硫化鉬MoS2納米材料作為模型體系,通過研究其與重要生物系統(tǒng)(納米-蛋白質(zhì)、納米-血液、納米-肝臟和納米-脾臟)的相互作用,該團隊系統(tǒng)地闡明了納米蛋白冠介導的納米材料“體內(nèi)轉(zhuǎn)運-生物轉(zhuǎn)化-生物利用”這一“體內(nèi)命運的全過程”。
在研究過程中,該研究員團隊與國家同步輻射實驗室軟X射線成像線站合作,利用同步輻射軟X射線成像技術對原代血液細胞開展高襯度、高空間分辨的準自然狀態(tài)三維成像。研究中采用冷凍成像,顯著減少了X射線對細胞樣品的輻射損傷,獲得MoS2的空間分布信息。通過計算分析線性吸收系數(shù)確定了該納米材料分布在血液單個核細胞、中性粒細胞和血小板的內(nèi)部,成功實現(xiàn)了單細胞水平的納米材料空間定位分析。該研究為深入理解納米-生物界面如何調(diào)控納米材料在體內(nèi)復雜的化學生物學效應和機制提供了新認識;同時為闡明納米材料的體內(nèi)命運提供了普適性的多學科集成方法。這些技術方法為納米生物效應與納米醫(yī)學研究提供了關鍵、前沿的分析手段,將大力推動納米生物醫(yī)學的發(fā)展。
相關研究成果以“Molybdenum derived from nanomaterials incorporates into molybdenum enzymes and affects their activities in vivo”為題發(fā)表在國際著名學術期刊《Nature Nanotechnology》上。
原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41565-021-00856-w
(a)納米蛋白冠介導的納米材料體內(nèi)“轉(zhuǎn)運-生物轉(zhuǎn)化-生物利用”全過程。
(b)同步輻射軟X射線成像顯示MoS2在血液單個核細胞、中性粒細胞和血小板的空間分布。