細胞膜圍繞著活細胞，嚴格控制進出細胞的物質(zhì)。細胞需要這一屏障來控制內(nèi)部環(huán)境，但這也使科學(xué)家們無法輕易向細胞導(dǎo)入大分子，例如用于成像的納米顆粒和用來重編程多能干細胞的蛋白。

日前，麻省理工MIT的研究人員開發(fā)了將大分子送入細胞膜的新途徑，讓細胞擠壓著通過狹窄的管道使細胞膜打開臨時性的小孔。該方法非常安全有效，RNA、蛋白或納米顆粒等任何漂浮在細胞外的大分子都能輕松進入細胞膜。文章發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。

研究人員用這一技術(shù)成功向細胞導(dǎo)入蛋白進行iPS重編程，成功率比現(xiàn)有方法高10至100倍。此外，他們還用該技術(shù)運送了碳納米管和量子點等納米顆粒，來對細胞內(nèi)部事件進行成像和監(jiān)控。

“將大分子導(dǎo)入細胞是非常有用的。這個相對簡單的系統(tǒng)能夠運輸多種不同物質(zhì)，我們認為很有趣，”文章的資深作者材料科學(xué)和工程學(xué)教授Klavs Jensen說，MIT的Robert Langer教授也是本文資深作者。

常用方法此前，科學(xué)家們開發(fā)了多種方法將大分子導(dǎo)入細胞，但它們都或多或少存在著缺陷。例如，可以將DNA或RNA包裝到擅長進入細胞的病毒中，但風(fēng)險在于有些病毒DNA可能整合到宿主細胞基因組中。因此，這一方法雖然在實驗室中很常見，但還未被FDA批準用于人類患者。

給大分子添加一個能穿過細胞膜的短蛋白，也能帶著大分子一同進入細胞?；蛘咭部梢园?/SPAN>DNA或蛋白包裝在合成納米顆粒中，導(dǎo)入細胞。不過，根據(jù)細胞類型和運輸物質(zhì)的不同，這些系統(tǒng)往往需要進行重新設(shè)計，比較麻煩。而且納米顆粒攜帶的物質(zhì)容易被細胞中的內(nèi)吞體endosome捕獲，可能從而產(chǎn)生有毒的副作用。

此外，人們廣為采用的電穿孔，可能對細胞和所運輸?shù)奈镔|(zhì)造成破壞。

微流體系統(tǒng)MIT的新系統(tǒng)可適用于許多細胞類型，研究人員已經(jīng)用人類和小鼠的11種細胞進行了成功測試，包括胚胎干細胞和免疫細胞。該系統(tǒng)也同樣適用于直接取自人類患者的細胞，這種細胞通常比實驗室培養(yǎng)的細胞系更難操作。

這一新成果的基礎(chǔ)建立在Jensen和Langer實驗室以前的研究上，那時他們在細胞流經(jīng)微流體設(shè)備時用顯微注射將大分子導(dǎo)入細胞。這一過程中，他們發(fā)現(xiàn)當細胞擠壓著通過狹窄管道時，細胞膜上的小孔打開，允許附近分子擴散進入細胞。

于是，研究人員建立了這個微流體芯片，其上有40-70個平行管道。他們將細胞懸浮在含有導(dǎo)入物質(zhì)的溶液中，使其高速流過管道（約1m/s）。在管道中，細胞要通過比其直徑小30-80%的窄道。研究顯示，細胞不會受到任何無法恢復(fù)的損傷，仍能保持正常功能。

應(yīng)用前景

研究團隊正在力求將這一系統(tǒng)用于干細胞研究，幫助治療多種疾病。他們已經(jīng)成功將人成纖維細胞轉(zhuǎn)化為多能干細胞，計劃再用這一系統(tǒng)導(dǎo)入蛋白使干細胞分化為特定組織。

該技術(shù)還有一項重要應(yīng)用，就使運送量子點，即由半導(dǎo)體金屬組成的發(fā)熒光納米顆粒。量子點能夠用于標記單個蛋白或細胞內(nèi)的其他分子，但如何將其導(dǎo)入細胞膜而不被內(nèi)吞體endosome捕獲令許多人頭疼。

MIT研究人員曾于十一月發(fā)表文章，顯示能夠?qū)⒘孔狱c導(dǎo)入體外培養(yǎng)的人類細胞，同時避免顆粒凝聚或被內(nèi)吞體捕獲?，F(xiàn)在，他們正在用量子點標記細胞中的特定蛋白。

研究人員還提出可以用這一新系統(tǒng)進行疫苗接種。理論上，科學(xué)家們可以取患者的免疫細胞，使其通過微流體設(shè)備并暴露在病毒蛋白中，然后再將細胞輸回給患者。一旦進入體內(nèi)，細胞可以激活免疫應(yīng)答，賦予機體對病毒蛋白的免疫力。