背景故事:纳米材料生物效应的新发现

阅读研究论文我们往往可以获得大量有意义的科学信息,这些信息不仅可以促进我们对自然的理解与认识,同时还会激励我们设计出性能更加优异的新材料或新方法。在享受阅读论文的同时,我们是否应该了解这些研究成果所经历的过程?任何卓越研究成果的获得均需要研究人员日以继夜的付出。为了能使读者深入了解科研论文背后发生的故事,我们将对近期发表在Advanced Materials,Advanced Functional Materials和Small上的论文作者进行专访以期望揭示隐藏在文字背后的科学态度,同时我们也期望读者能更好地理解这些科研成果。以下是国家纳米科学中心聂广军教授介绍他近期论文(Nanoparticle-Induced Exosomes Target Antigen-Presenting Cells to Initiate Th1-Type Immune Activation )的背景故事。

1.您的这项研究成果的思路来自哪里?阅读已发表论文(书籍),或者是基于以往的研究经验,在或者是与其他研究人员的谈话?

我们实验室在纳米安全性领域已有持续十余年的研究,这项工作是在基于前期研究的积累之上,源于我们在实验当中的一次偶然的十分有趣的实验现象,从而引起我们关注的。这个现象就是纳米材料的暴露引起了大量的生物膜泡释放。后续经过我们的文献调研发现在生物学研究中,生物膜泡的确在物质和免疫信号传递中有着极为重要的作用,这也是近年来生物体信号转运研究的重要发展方向之一。因而,我们深入开展研究生物膜泡如何在纳米材料引起的免疫应答中发挥作用。

 

2.这项研究从有想法有结果共计花费多少时间?研究方案在实验开展过程中是否得到调整?在实验进行中,是否出现了一些实验现象出乎您的预料?这项研究工作会对相关领域产生怎样的影响?

大约15个月。在研究中我们不断对实验进行调整,随着研究的深入和细致,的确有一些在我们预期之外的结果。譬如我们在不同生物群体上产生的效应不同,膜泡引起的生物效应对敏感人群有更明显的负面作用。

研究纳米材料的生物效应,尤其是免疫应答的机制,长时间以来一直没有明确的解释。而且对于之前流行病学研究的结果,为什么某些易感人群会对纳米材料的暴露产生更明显的负面反应,也缺乏具体的阐述。我们的这项研究可以在一定程度上部分回答上面的问题,并作为首次证实膜泡可以成为介导纳米材料生物效应的转运体,详细的研究了其在产生的机制,在生物体内的靶器官和靶细胞等,为其他纳米生物效应和安全性研究,提供新的思路。

 

3.在这项研究进程中,您都遇到了哪些困难(技术难题或非技术难题)?您是如何解决这些难题的?

细胞外排型膜泡-exosome的研究,是近年来才逐渐兴起的新的研究领域,在样品的分离、提取、纯化、鉴定和表征方面,方法学还不是十分成熟,有很多需要自己摸索的技术方法,给研究带来一定的困难。但是通过不断的资料查阅和摸索和学习,及和同行的探讨和借鉴,最终还是克服了这些问题。

 

4.您可否简要介绍下论文作者对这项研究工作的贡献?

该论文的第一作者朱墨桃博士在该研究的初步想法的提出,实验设计,大部分实验操作和方法建立,实验结果的分析和处理,及论文撰写等方面做出了巨大的贡献。同时,朱墨桃博士在Small上系列文章的发表,是对她工作的最好的肯定!

 

5.对于这项研究,目前尚未解决的科学问题都有什么?您将如何进一步的研究?

第一,纳米材料如何引起细胞膜泡的释放,具体机制是什么仍然不清楚。这将在以后通过不同基因敲除的细胞模型,选取不同纳米材料进行研究,以期阐明纳米材料的何种性质能引起膜泡释放,以及通过何种细胞信号途径引起膜泡释放。

第二,纳米材料触发释放的细胞膜泡,和细胞生理分泌的膜泡,有何异同?这将通过多种组学方法进行阐明。

 

6.您认为该研究将朝着哪个发展?会有何种新思路出现?

除了先解决上面提到的两个尚未解决的问题,一方面,我们还希望在深入认识纳米材料诱导细胞膜泡释放的机制的基础上,能通过调控纳米材料的理化性质,使得最终避免具有不良介导作用的膜泡产生。另一个角度上,如何利用纳米材料诱发膜泡生成的现象,促进特定的细胞释放膜泡,也可能成为一个获得细胞膜泡的新方法。

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