中國粉體網(wǎng)訊 8月5日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米醫(yī)療技術(shù)研究中心李紅昌課題組、材料界面研究中心喻學(xué)鋒課題組與高分子藥物研究中心李洋課題組，發(fā)現(xiàn)納米材料精準(zhǔn)生物分子靶向的新機(jī)制。相關(guān)研究成果以Intrinsic Bioactivity of Black Phosphorus Nanomaterials on Mitotic Centrosome Destabilization through Suppression of PLK1 Kinase為題，發(fā)表在《自然-納米技術(shù)》。
研究團(tuán)隊(duì)選取黑磷納米材料作為研究對(duì)象，精細(xì)的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)納米材料在細(xì)胞內(nèi)可通過精準(zhǔn)靶向某個(gè)具體生物分子，以獲得特定的生物效應(yīng)。該研究提供了一個(gè)從分子細(xì)胞生物學(xué)維度，深入探究納米材料精準(zhǔn)生物靶向機(jī)制的全新范例。
隨著納米科學(xué)技術(shù)的普遍應(yīng)用，理解納米生物效應(yīng)與安全性變得愈加重要，而相關(guān)研究始終處于早期階段。納米生物作用可具有正向效應(yīng)和負(fù)向效應(yīng)。正向納米生物效應(yīng)，可被用于開發(fā)新的納米藥物，將為疾病診斷和治療帶來新機(jī)遇；負(fù)向納米生物效應(yīng)，對(duì)人體、生物乃至整個(gè)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生毒性，將造成嚴(yán)重的生物安全隱患。研究納米材料與生物系統(tǒng)，特別是在細(xì)胞和分子層面的作用機(jī)理，對(duì)納米技術(shù)的正確應(yīng)用至關(guān)重要。
研究發(fā)現(xiàn)，使用低濃度黑磷納米材料處理細(xì)胞，能夠?qū)е录?xì)胞分裂特異停滯在細(xì)胞周期的有絲分裂M期。整個(gè)細(xì)胞周期分為四個(gè)時(shí)期，每次分裂均嚴(yán)格按照G1、S、G2、M的順序，每個(gè)過程均受到眾多信號(hào)通路的精細(xì)調(diào)控。黑磷納米材料導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯在細(xì)胞周期中時(shí)程最短的M期，意味著納米材料對(duì)M期的某個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞器或某條關(guān)鍵信號(hào)通路功能進(jìn)行了特異干擾，因而可能是一種材料特異的納米生物學(xué)效應(yīng)。科研團(tuán)隊(duì)深入挖掘這一現(xiàn)象背后的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)黑磷納米材料造成有絲分裂核心細(xì)胞器——中心體（centrosome）的分離受到阻滯。這一機(jī)制被確定為黑磷納米材料導(dǎo)致細(xì)胞分裂M期停滯的直接原因。
黑磷納米材料導(dǎo)致的細(xì)胞周期阻斷效應(yīng)可以媲美已發(fā)現(xiàn)的靶向細(xì)胞分裂M期的特異小分子藥物，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了黑磷納米材料是否有特定的生物靶向分子。通過一系列生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究，研究人員確認(rèn)有絲分裂激酶PLK1是黑磷納米材料的生物效應(yīng)靶點(diǎn)。黑磷納米材料可以特異結(jié)合PLK1，并抑制其激酶活性，從而阻斷細(xì)胞分裂M期的正常進(jìn)行。
抑制細(xì)胞周期是理想的抗腫瘤策略。黑磷納米材料作為一種新型PLK1抑制劑，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中展現(xiàn)出優(yōu)秀的腫瘤抑制效果。黑磷納米材料或?qū)l(fā)展成為臨床可用的抗腫瘤納米藥物。該研究明確展示了納米材料可通過精準(zhǔn)靶向特定生物分子進(jìn)而獲得特異的納米生物學(xué)效應(yīng)，將帶動(dòng)納米領(lǐng)域?qū)Σ煌{米材料的內(nèi)在生物學(xué)效應(yīng)和分子細(xì)胞機(jī)制開展研究，并為納米藥物研發(fā)開辟全新路徑。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金及深圳市重點(diǎn)研究項(xiàng)目的支持。深圳先進(jìn)院是唯一的第一/通訊作者單位。
圖1.細(xì)胞有絲分裂過程中，遺傳物質(zhì)的精準(zhǔn)分配起始于紡錘體核心器件——中心體的正確分離。黑磷納米材料進(jìn)入分裂期細(xì)胞后，通過靶向并抑制中心體的分離，導(dǎo)致細(xì)胞分裂被阻斷在分裂早期
圖2.PLK1是控制中心體正確分離的關(guān)鍵激酶，黑磷納米材料在細(xì)胞內(nèi)能夠與PLK1蛋白結(jié)合，促進(jìn)其異常聚集，導(dǎo)致PLK1無法被有效募集到中心體位置進(jìn)行活化，最終影響中心體的正常分離。a、黑磷納米材料處理細(xì)胞減弱了PLK1在中心體的定位；b-c、黑磷納米材料明顯減緩了PLK1向中心體的動(dòng)態(tài)募集
圖3.黑磷納米材料抑制細(xì)胞有絲分裂進(jìn)行的分子細(xì)胞機(jī)制：黑磷納米材料通過靶向細(xì)胞分裂關(guān)鍵激酶PLK1，抑制其向中心體位置的轉(zhuǎn)移和活化，造成中心體正常分離被抑制，并引發(fā)中心體碎片化，導(dǎo)致多極紡錘體形成，最終抑制細(xì)胞有絲分裂的完成
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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