15年前,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種可以阻止特定基因表達(dá)的方法,，并因此在2006年贏得諾貝爾獎。該發(fā)現(xiàn)就是活細(xì)胞內(nèi)的RNA干擾（RNAi）現(xiàn)象,，給醫(yī)療科學(xué)帶來誘人的希望,，不過迄今為止該技術(shù)仍難以得到應(yīng)用。現(xiàn)在,，美國華盛頓大學(xué)與埃默里大學(xué)的科學(xué)家通過使用一種稱為“量子點(diǎn)”的納米技術(shù)成功地解決了這個問題,。這項(xiàng)技術(shù)比現(xiàn)有的將基因靜默工具小分子干擾核糖核酸（siRNA）注入細(xì)胞的方法有效10倍到20倍以上,。該研究成果發(fā)表在近期的《美國化學(xué)會志》網(wǎng)絡(luò)版上。
論文作者,、華盛頓大學(xué)生物工程副教授高虓虎相信,，這項(xiàng)技術(shù)將對siRNA傳遞領(lǐng)域產(chǎn)生非常重要的影響。論文的另一作者,、埃默里大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系教授聶書明也表示,，這項(xiàng)研究幫助克服了siRNA領(lǐng)域長期存在的障礙：如何在低毒性條件下實(shí)現(xiàn)高效靜默。
這項(xiàng)新近實(shí)驗(yàn)所使用的量子點(diǎn)為一個直徑僅6納米,，由半導(dǎo)體材料制成的熒光球,。量子點(diǎn)的獨(dú)特光學(xué)特性使得這些熒光球發(fā)出不同顏色的光。而量子點(diǎn)是為細(xì)胞成像,、太陽能電池與發(fā)光二極管而研發(fā)的,。
每個量子點(diǎn)都被攜帶一個正電荷的質(zhì)子海綿所包圍。如果沒有附加任何量子點(diǎn),，siRNA的負(fù)電荷會阻止siRNA復(fù)合體穿透細(xì)胞壁,。有了量子點(diǎn)的依附，電荷更加微弱的siRNA復(fù)合體就會穿越細(xì)胞壁,，從核內(nèi)體逃離并積聚在細(xì)胞液中,，在此siRNA復(fù)合體就能從事擾斷蛋白質(zhì)制造的工作。這種新方法的關(guān)鍵是：研究人員可調(diào)整量子點(diǎn)的質(zhì)子海綿外層的化學(xué)成分,，從而能精確控制這些量子點(diǎn)依附在siRNA上的緊密程度,。
在停止基因活性方面，量子點(diǎn)技術(shù)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù),。在實(shí)驗(yàn)中,，當(dāng)siRNA以量子點(diǎn)傳遞時，試驗(yàn)蛋白在細(xì)胞內(nèi)的生產(chǎn)量下降至2％,。相比之下,，當(dāng)siRNA以3種商業(yè)試劑或目前在實(shí)驗(yàn)室普遍使用的引起反應(yīng)的物質(zhì)中的其中一種傳遞時，試驗(yàn)蛋白的生產(chǎn)量仍處于正常水平的13％至51％,。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的核心是,，熒光量子點(diǎn)將允許科學(xué)家觀察到siRNA的活動,。先前的siRNA追蹤劑所發(fā)出的光無法持續(xù)超過1分鐘,，而使用這種專為成像開發(fā)的量子點(diǎn)時，所發(fā)出的光每次可持續(xù)1小時,。在實(shí)驗(yàn)中,，研究人員對這個過程持續(xù)觀察了數(shù)小時，以追蹤基因靜默劑的路徑,。
對細(xì)胞而言,，這種新方法比現(xiàn)有化學(xué)物質(zhì)的毒性要少5倍至10倍,，這表明量子點(diǎn)依附傷害細(xì)胞的可能性較小。理想的傳遞工具將完全不會對細(xì)胞造成影響,，而唯一的生物學(xué)挑戰(zhàn)將會是siRNA阻止細(xì)胞生成不需要的蛋白,。
量子點(diǎn)比先前的技術(shù)更加有效的確切原因目前依然是個謎團(tuán)。但研究人員相信,，此種改善應(yīng)是核內(nèi)體脫離及量子點(diǎn)從siRNA分離的能力所致,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
J. Am. Chem. Soc., 130 (28), 9006–9012, 2008. 10.1021/ja800086u
Proton-Sponge Coated Quantum Dots for siRNA Delivery and Intracellular Imaging
Maksym V. Yezhelyev,† Lifeng Qi,‡ Ruth M. O’Regan,† Shuming Nie,*†§ and Xiaohu Gao*‡
Winship Cancer Institute, Emory University, Atlanta, Georgia 30322, Department of Bioengineering, University of Washington, William H. Foege Building N530M, Seattle, Washington 98195, and Department of Biomedical Engineering and Chemistry, Emory University and Georgia Institute of Technology, 101 Woodruff Circle, Suite 2001, Atlanta, Georgia 30322
Abstract:
We report the rational design of multifunctional nanoparticles for short-interfering RNA (siRNA) delivery and imaging based on the use of semiconductor quantum dots (QDs) and proton-absorbing polymeric coatings (proton sponges). With a balanced composition of tertiary amine and carboxylic acid groups, these nanoparticles are specifically designed to address longstanding barriers in siRNA delivery such as cellular penetration, endosomal release, carrier unpacking, and intracellular transport. The results demonstrate dramatic improvement in gene silencing efficiency by 10−20-fold and simultaneous reduction in cellular toxicity by 5−6-fold, when compared directly with existing transfection agents for MDA-MB-231 cells. The QD−siRNA nanoparticles are also dual-modality optical and electron-microscopy probes, allowing real-time tracking and ultrastructural localization of QDs during delivery and transfection. These new insights and capabilities represent a major step toward nanoparticle engineering for imaging and therapeutic applications.
