碳纳米管会伤害细胞 医疗应用或需谨慎

jonneyhuang

    纳米材料如碳纳米管，在医疗上有着广泛的应用前景，比如作为递送工具，将药物运载到特定的细胞或人体内特定部位。但如果不了解纳米材料和细胞之间的相互作用，反而会带来大麻烦。美国物理学家组织网9月19日（北京时间）报道，美国布朗大学和中国科学院最近的一项实验发现，纳米管有可能会刺穿细胞，给细胞带来极大伤害。相关论文发表在近期出版的《自然·纳米技术》上。
    人们知道石棉对人体有害，其长长的纤维能像箭一样刺穿细胞。但科学家一直不理解，细胞为何会对石棉纤维和其他纳米级的材料感兴趣，这些材料对细胞来说太长了，根本无法整个吞下去。美国布朗大学研究小组通过分子模拟发现，碳纳米管尖端接近细胞时，细胞会产生“误会”，以为它只是个小圆球而不知其是个圆柱，等意识到小球“太长”，根本吞不下时，已经为时太晚。随后科研人员又用纳米管、金纳米线对小鼠肝脏细胞、人类间皮细胞进行细胞实验，发现90%的纳米材料都是以尖端90度角进入细胞。
    石棉纤维、商用碳纳米管和金纳米线都有一个圆形的尖头，直径在10纳米到100纳米之间，正处于细胞处理范围。细胞上有一种受体蛋白质会聚集并弯曲细胞膜壁，使细胞卷曲包住纳米管尖端，反向调整纳米管角度，使纳米管尖端能以90度进入，从而降低细胞吞噬微粒所需的能量。这一行为叫做“尖端识别”。
    “我们原以为纳米管会贴附细胞膜以得到更多结合位点，但模拟却显示，纳米管稳定地旋转到近垂直角度以适于进入，以便其尖端被完全包围。这和人们的直觉相反。”论文第一作者史兴华（音译）说，细胞膜包住纳米管时，会释放弯曲能量。“如果纳米管的圆形尖端被切掉，开口而且中空，它就只会贴在细胞膜上而不会进入细胞。”
    论文通讯作者、布朗大学工程教授高华健（音译）说，当细胞的内吞作用开始，就没办法再退回去。细胞觉得无法整个吞下纳米管，就会求救。但求救信号反而会引发免疫反应，造成更多炎症反应。
    高华健说：“只有完全理解纳米材料和细胞之间的相互作用，才能设计出可靠的运输工具，控制它们和细胞之间的相互作用，不引起中毒反应，最终制造出对细胞没有吸引力的纳米管，只帮助细胞而不会伤害它们。”