力學所等細胞內藥物輸運載體研究獲進展

　　 納米顆粒由于其尺寸細微能夠直接進入細胞而成為細胞內藥物輸運載體的首選。同時，國際上對納米顆粒的細胞毒性的研究也方興未艾。迄今為止，較多的研究關注于改變顆粒表面的物化性質從而提高顆粒的生物相容性。而對于納米顆粒與細胞交互作用中的力學因素，亟待系統研究。2011年以來，中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室微結構計算課題組對細胞與一維納米材料（Nature Nanotechnology，2011，6：714；Nano Letters，2014，14：1049）、二維納米材料（RSC Advance，2013，3：15776）以及多納米顆粒協同的交互作用（Journal of the Mechanics and Physics of Solids，2014，73：151）開展了系列研究，發現力學因素在其中起著顯著作用。

　　由于較高的輸運效率以及較低的副作用，磷脂分子包被的聚合物納米顆粒被認為是理想的細胞內藥物輸運載體用來制備抗癌藥物。同時，它又是合適的模型系統用來研究納米材料的生物效應。至今為止較多的研究集中于顆粒化學組分、尺寸、表面物性和生物相容性對細胞內吞納米聚合物顆粒以及抗癌功效的影響，而顆粒彈性性能影響其進入細胞的實驗研究一直是空白。

　　通過與國家納米科學中心合作，研究人員利用微流控芯片制備了尺寸、形狀、表面物化性質一致的納米顆粒。此類顆粒結構以磷脂為殼，聚合物為核，中間則是水分子層。通過改變試劑的加入順序以及調控試劑流速，他們成功地制備出含水量不同的納米顆粒。實驗表明，含水量的不同直接影響了顆粒的剛度：含水越多的顆粒剛度越低。進一步的細胞實驗表明，剛度較大的顆粒進入細胞的效率顯著高于剛度較低的顆粒，同時攜帶藥物后剛度較大的顆粒有效地抑制了癌細胞的活性。通過理論分析以及分子模擬，他們給出了剛度調節納米顆粒進入細胞的力學機制。此項研究表明納米顆粒的彈性性能對細胞的內吞起著顯著影響，可以用來指導細胞內藥物輸運載體的設計。

　　此項工作于2014年12月22日在線發表于國際學術期刊Advanced Materials (Sun et al. Tunable Rigidity of (Polymeric Core) -(Lipid Shell) Nanoparticles for Regulated Cellular Uptake）。

　　該項研究獲得中科院、科技部以及國家自然科學基金委的經費支持。

微流控制備的核-殼結構的納米顆粒具有相同的化學組分、尺寸和表面性質。但是不同的剛度顯著影響細胞內吞顆粒。

微流控芯片制備納米顆粒的示意圖