利用红细胞膜对金纳米颗粒进行表面功能化修饰

    金纳米颗粒具有优越的生物兼容性,独特的光学性质,以及多样的表面可修饰性。基于这些原因,金纳米颗粒已经被广泛的应用于生物医学。目前,对金纳米颗粒的表面功能化修饰主要依赖于硫基和金表面的相互作用,从而将携有硫基的抗免疫聚合物,两性离子聚合物,或者生物配体连结到金纳米颗粒的表面。另外,脂质膜也被用于对金纳米颗粒的表面功能化修饰。脂质膜不仅包掩金纳米颗粒,还可以直接被携有脂质分子的其他功能性分子进一步修饰。尤其受生物体内天然高密度脂蛋白结构的启发,载脂蛋白被直接嵌入包掩金纳米颗粒的脂质膜,从而延长金纳米颗粒在动物体内的循环时间。为了进一步提高金纳米颗粒的生物功能性,美国加州大学圣地亚哥分校的张良方教授及其研究团队首次利用红细胞膜直接进行对金纳米颗粒的表面功能化修饰,从而赋予金纳米颗粒一系列红细胞所特有的生物功能性。

    红细胞是体内天然的运载工具。长期以来,科技研究者通过借鉴红细胞,不断发展新颖的人工生物材料和药物输送系统,期望能够比拟红细胞优越的传递特性和长时间的循环能力。而这些红细胞独有的性质,在很大程度上归功于红细胞膜的功能特性。例如红细胞膜蛋白CD47被确认为一个重要的自识标记,从而避免巨噬细胞对自体红细胞的内吞。如果可以被完整的红细胞膜所修饰,那么金纳米颗粒就可以传承这些红细胞特有的性质。基于这一思路,张教授研究组开发了一个简单有效的工艺,首次将完整的红细胞膜直接包裹在金纳米颗粒的表面。研究结果首先确认了红细胞膜对金纳米颗粒的包裹。进一步试验表明包裹在金纳米颗粒表面的红细胞不能被硫基置换,从而证明金纳米颗粒和红细胞膜之间具有较强的相互作用。同时,金纳米颗粒表面的红细胞膜具有由内而外的朝向,从而最大程度的模拟了天然红细胞膜。与没有被修饰的金纳米颗粒相比,红细胞膜的包裹在很大程度上延缓了巨噬细胞对金纳米颗粒的内吞。这一结果也证明了利用完整红细胞膜包裹的确可以赋予金纳米颗粒红细胞的特有性质。

    将无机纳米材料与有机的天然生物膜相结合用以开发新型的生物材料是一个引人注目的研究方向。可以预见这些新型材料在未来将具有重要的应用,例如用以开发可以避开免疫系统的药物运载工具。相关研究结果发表在近期的Advanced Materials.