利用纳米材料光能量的转化和传递产生的荧光变化探索细胞水平上的药物输送和释放

荧光自定位药物递送系统的示意图,及其药物释放过程在时间和空间上的荧光变化

目前,各种各样的纳米材料被广泛用作药物递送系统来研究治疗各种疾病。揭示纳米载体在细胞水平上的精确空间分布和药物在时间和空间上的动态释放对于设计新型的药物递送系统具有重要的意义。国家纳米科学中心的梁兴杰研究员,邹国漳副研究员及其研究团队发展了一种具有荧光自定位功能的药物递送系统。通过观察载体和药物间荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer, FRET)导致的荧光变化,确定了该药物递送系统的药物释放亚细胞单元、载体完成运载任务后在细胞中滞留的位置以及药物的作用位点。

与传统荧光标记方法不同,该药物递送系统的载体由具有聚集诱导发光特性的四苯基乙烯自组装形成:单分散的四苯基乙烯分子不发光,而自组装成纳米载体后其荧光显著增强,载体的自组装过程可以通过自聚诱导增强的发射荧光来检测。由于纳米载体的自聚发光特性,使该药物递送系统自身具有荧光自定位的功能,更为巧妙的是来自载体的聚集诱导产生的荧光可以发生荧光共振能量转移(FRET)至药物分子-阿霉素,于是FRET的变化同载体和药物的“距离”有机的结合了起来,可用于动态观察药物分子的载带和释放。阿霉素药物分子同四苯基乙烯纳米载体剥离后,载体和阿霉素都具有不同波段的荧光,同时也发生荧光增强的作用,非常容易区分。借助激光共聚焦显微镜,便可对药物释放的亚细胞结构单元、和药物释放后载体在细胞中的分布、以及药物作用位点分别进行可视化监测。

该研究成果为设计新型药物递送系统提供了一种新型的设计模式。荧光自定位药物递送系统制备简单,具有良好的生物相容性,通过观察药物递送系统的荧光变化,便可对其在生物体内的药物释放行为进行可视化监测。借助载体与药物之间的荧光能量共振转移机制,为探索新型的药物递送系统在生物体内的实时成像监测及载体与药物之间协同关系的研究提供了有用的研究方法。