我国科学家揭示金纳米棒佐剂活性的可能机理

2016-05-25 12:42来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

金纳米棒佐剂活性的可能机理

金纳米棒由于其良好的光学性质而在生物成像、免疫检测、肿瘤热疗和药物载体包括基因载体方面备受关注。同时，金纳米棒的表面等离子共振效应(surface plasmon resonance，SPR)使得实时监测一些荧光标记的功能分子如DNA、蛋白质在胞内的动态迁移过程成为可能。

同时鉴于DNA疫苗的诸多优势，如安全性好、可同时刺激机体细胞免疫和体液免疫反应的发生等，国家纳米科学中心，中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室陈春英课题组以艾滋病毒膜蛋白编码基因(HIV-1 Env plasmid DNA)为抗原、金纳米棒为模型材料系统研究了表面化学性质对其潜在佐剂活性的影响。

首先，通过层层自组装(layer-by-layer assembly)获得3 种不同表面修饰的金纳米棒(Au nanorod, Au NR)，分别以3种正电荷聚合物。即十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDAC)和聚乙烯亚胺(PEI)对金纳米棒进行表面修饰。体外研究发现，表面化学性质影响了金纳米棒在生物环境中如无血清培养基中的稳定性。3种金纳米棒中只有CTAB-AuNR对人胚肾细胞(human embryonic kidney 293cells, HEK293)具有明显的细胞毒性。当金纳米棒表面修饰 PDDAC或PEI时，DNA可在早期成功地从金纳米棒表面释放并逐渐转移至细胞核，最终表达相应的蛋白质(抗原)。而 CTAB-AuNR-DNA复合物被细胞摄入后长期停留在溶酶体中且DNA很难从金纳米棒表面释放，最终导致蛋白质翻译无法进行。同时，研究发现CTAB-AuNR-DNA复合物还可定位于线粒体，进而影响线粒体的功能，最终间接影响包括基因表达在内的其他细胞生命活动的进行。而其他两种金纳米棒则定位于溶酶

体或细胞质中。在体内试验结果显示，金纳米棒佐剂活性的可能作用机制在于，经皮内注射免疫小鼠后，位于皮肤的大量抗原呈递细胞(朗格汉斯细胞)即大量吞噬金纳米棒-Env复合物。之后吞噬PDDAC-和PEI-AuNR-Env复合物的朗格汉斯细胞从注射部位迁移至次级淋巴组织(淋巴结)，并在到达淋巴结时变为成熟的抗原呈递细胞。同时将抗原肽-MHC复合物呈递至幼稚期的T细胞或B细胞，使其发生分化、增殖，最终引起机体细胞免疫和体液免疫反应的发生，保护机体免受病原体的侵袭。而CTAB-AuNR-Env复合物则抑制朗格汉斯细胞的成熟，而并不显示佐剂作用。阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)被认为是转染效率最高的聚合物基因载体之一，高分子量的PEI转染效率高，但细胞毒性很大，将其组装于金纳米棒的表面，可大大提高其疫苗佐剂的效应，且毒性降低。这些研究结果为如何科学合理地设计纳米材料用于疫苗领域提供了重要参考。