【参赛作品】功能化金纳米颗粒表面涂层:调控细胞生长、分化的新突破

在细胞的培养过程中,培养基材料的表面对于细胞的生长、分化具有重要的影响。通过精确地控制培养基表面的成分与结构,细胞的生长、分化可以受到控制。虽然这种表面处理技术已被应用于细胞体外培养、组织再生、器官再造等生物医学领域,但是由于细胞会与维持其生长的微环境发生反应,所以在现阶段开发出一种精确处理表面以优化生物相容性的通用方法几乎是不可行的。目前广泛采用的处理工艺往往是复杂的涂层工艺,例如层层沉积与纳米图案成形,这些工艺耗时、耗力,不利于大规模生产的实施。那么如何探寻一种简单、快速的表面处理方法呢?近些年来飞速发展的纳米科学为人们解决这一难题提供了新的途径。

近日,美国马萨诸塞大学Rotello团队在表面处理方面取得了重大突破,相关研究发表在最近的Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.201306030)。该团队在等离子处理过的商业聚苯乙烯细胞培养基上喷涂具有各种功能化表面配位体的金纳米颗粒,通过对颗粒表面配位体末端基团的调节,准确控制颗粒及其表面性质。纳米金表面的配位体能够阻止蛋白质污染,最大化地发挥颗粒调节细胞间相互作用的能力。颗粒间的静电排斥作用使颗粒不会过多地在表面沉积,确保了涂层的单层稳定。

为了验证该涂层对细胞发育的促进能力,该团队将来自人体肝脏的HepG2细胞分别放在两块具有与不具有粘康酸金纳米颗粒(TTMA AuNPs)涂层的培养板上培养。一段时间后,观察其上的细胞数量与细胞形态。结果表明粘康酸金纳米颗粒涂层有效地促进了细胞的成长分化,提高了其附着能力。随后实验人员将金纳米颗粒替换成CdSe量子点进行了相同的实验,结果效果相似,这表明促进细胞生长、分化的是颗粒表面的配位体而非颗粒自身。除此之外,该团队又研究了不同表面配位体的促进作用,他们设计了26种表面配位体不同的金纳米颗粒对四种细胞(HepG2、HeLa、MCF7、3T3)进行试验。实验结果表明,功能化不同的金纳米颗粒涂层对于细胞发育具有明显的选择性促进作用。最终,Rotello团队得出结论:功能化的金纳米颗粒表面涂层可以有效地促进细胞的生长、分化。其中起关键作用的是金纳米颗粒表面的配位体。配位体的不同使该表面涂层对于细胞的生长、分化具有选择性促进。

该项技术的出现可以使人们在细胞培养中由过去的被动变为主动。试想将来面对某种特定细胞的培养,科研人员可以通过对细胞的研究寻找能有效促进其生长分化的配位体,然后将这种配位体结合于金纳米颗粒的表面,使颗粒功能化。通过喷涂沉积,覆盖有这种涂层的培养基就具有了对此种细胞生长分化极好的选择性促进能力。由此可见,功能化金纳米颗粒表面涂层的出现为细胞培养、伤口愈合、组织修复、器官移植等生物、医学领域带来了新的突破。简单,易于实现的制作方法与高效的促进性使其具有很好的市场前景。相信在不远的将来,人类会从这项技术上受益匪浅。 

选材链接:Rapid Coating of Surfaces with Functionalized Nanoparticles for Regulation of Cell Behavior