细胞迁移介导的金纳米颗粒外排作用成像研究

发布时间：2021-07-14 11:57

　　阐明纳米材料的细胞外排途径对于其在临床医疗方面的应用转化至关重要。然而,对于纳米材料是否会在细胞迁移的过程中被清除,还缺乏直接的证据和结论。本研究以金纳米颗粒（AuNPs）作为成像探针,利用暗场显微镜实时地观察和分析了细胞迁移过程中,AuNPs在收缩丝内的运动和外排过程。结果表明,部分被细胞摄取的AuNPs存在于收缩丝内,且颗粒的运动速率随着其与胞体距离的增大而减小,当收缩丝与胞体断开联系后,AuNPs被遗留在胞外。研究结果表明,外源性的纳米材料可以在细胞迁移过程中被外排。此研究结果有助于设计更安全高效的纳米材料,并应用于诊断和治疗。 

【文章来源】：分析化学. 2020,48(07)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

(A) AuNPs和AuNPs包膜复合结构AuNPs@CMV的电镜图像; AuNPs、AuNP@CMVs以及修饰DNA的AuNPs包膜结构DNA-AuNP@CMVs的水合粒径分布(B)、平均粒径(C)和表面电势(D); (E) 探针孵育HeLa细胞的暗场图像; (F)细胞内AuNPs单颗粒和聚集体的暗场粒子光斑(图像宽度为1 μm)和对应的散射光谱

采用荧光显微镜观察了荧光标记的AuNPs在细胞迁移过程中的分布。迁移体结构的形成与四跨膜蛋白超家族(Tetraspanin family)有关。此类蛋白家族有33个成员,且在各类细胞中均有表达,其中Tetraspanin 4和CD81等蛋白的表达水平与迁移体的数量显著相关[11]。因此,融合有绿色荧光蛋白的CD81被选择作为标记迁移结构的分子。在HeLa细胞中转染表达了CD81-mEmerald质粒,荧光共聚焦显微成像的结果表明,CD81分散于细胞膜上,清晰地标记了细胞膜和收缩丝等结构(图2E)。与CY3标记的DNA-AuNP@CMVs进行孵育后,发现CY3荧光修饰的AuNPs信号(红色伪彩)与收缩丝(绿色伪彩)存在良好的共定位关系(图2F)。在图2F中白色箭头所指部位,测量了划线处的AuNPs和收缩丝两个通道的荧光强度分布,结果表明AuNPs确实存在于收缩丝内部(图2E),进一步证明了暗场显微成像的结果,即在细胞迁移的过程中,细胞内的AuNPs会留存于收缩丝等结构中,增加了其被外排的可能性。3.3 AuNPs在收缩丝中的运动

对于迁移性外排的研究表明,随着细胞的进一步迁移,当胞体与收缩丝断开联系后,存在于收缩丝和迁移体中的物质被遗留在细胞外[11]。利用暗场显微成像对细胞迁移后残留的收缩丝结构进行分析,结果表明,AuNPs被留在了断开的收缩丝结构内,实现了细胞迁移介导的外排(图4A和4B)。研究发现,外泌体介导的胞吐作用会随着纳米材料尺寸的增加而减弱,如Chithrani等[29]发现粒径为14、50和70 nm的AuNPs在1 h的外排百分比分别为35%、10%和5%。为了验证迁移性外排是否也受到纳米颗粒尺寸的调控,对于残留在收缩丝结构中的AuNPs单颗粒和聚集体分别进行了统计,结果表明, 68.4%为聚集体,31.6%为单颗粒(图4C)。此比例与本研究组前期工作[22]中报道的细胞内AuNPs的聚集比例(Cluster/Single≈7∶3)非常接近,说明细胞迁移介导的AuNPs的外排并未表现出尺寸选择性。这一结果表明细胞可通过这种途径排出不同尺寸的纳米材料。上述结果提供了外源性纳米颗粒在细胞迁移过程中发生外排的可视化证据,并提示了这一外排途径与经典的外泌体外排途径具有不同的调控和选择方式。图4 (A)细胞迁移完成后残留的收缩丝结构的暗场图像; (B)图A的原位标记,收缩丝为蓝色线条,迁移体为橙色圆圈,单颗粒AuNPs为绿点,AuNPs聚集体为橙色点; (C)残留于收缩丝结构中的单颗粒AuNPs和聚集体的数字和比例

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于金纳米颗粒的表面等离子体共振效应可视化检测Cr3+[J]. 张滕,仲逸涵,张守婷,党昕宇,卢小泉.  分析化学. 2019(09)
[3]DNA辅助纳米金三角片的高效纯化与信息编码[J]. 鲁爽,方维娜,王丽华,柳华杰.  高分子学报. 2019(09)
[4]构建多模式全光谱暗场显微镜用于纳米单颗粒局域表面等离子共振实时动力学研究[J]. 刘磊,郝亚亚,邓素辉,王坤,李江,王丽华,樊春海,李嘉隽,柳华杰.  物理化学学报. 2019(04)



本文编号：3284100