尺寸决定纳米粒子如何影响生物膜

帝国研究人员测试了金纳米粒子是否对细胞有毒，发现它们如何影响脂质膜取决于它们的大小。纳米颗粒(直径可达 100 纳米)越来越多地用于医学、技术、化妆品和食品，但它们对人类健康可能产生的影响尚不清楚。

今天发表在《自然通讯化学》上的这项研究表明，小纳米粒子(5-10 纳米)最有能力扰动膜，研究人员表示，在设计用于体内的纳米粒子时应该考虑到这一点。

纳米粒子的大小、形状和材料多种多样，而且生物系统很复杂，因此很难研究确定它们如何相互作用。然而，研究人员知道，毒性的关键第一步之一是当粒子与细胞周围的膜相互作用时。

颗粒可以附着在细胞膜的外部，嵌入其中，或者被完全吞没并进入细胞。这些结果中的每一个都可以以不同的方式影响细胞;例如，使膜变形会影响其弹性特性，从而可能影响其发挥功能的能力。

现在，伦敦帝国理工学院的研究人员用人造细胞测试了金纳米粒子，发现它们如何相互作用取决于纳米粒子的大小，较小的纳米粒子(5-10 纳米)最能进入细胞膜。

大小事项

帝国理工学院化学系的首席研究员 Claudia Contini 博士说：“纳米粒子的生产不断扩大，导致人们越来越担心它们对人类健康和一般环境的影响。鉴于纳米粒子对天然有机体有害，因此很难识别它们种类繁多的纳米粒子、它们不同的特性和生物实体的复杂性。

“使用简化的系统，我们能够证明与膜接触的纳米粒子的命运取决于其大小。与较大的纳米粒子相比，较小的纳米粒子有更好的机会进入膜内部，这应该考虑在内在预测哪些纳米粒子可能有害时。”

正在研究金纳米粒子在体内的多种用途，包括帮助检测肿瘤和输送药物或基因治疗剂。纳米粒子通常是“功能化的”——涂有分子，帮助它们靶向细胞膜中的特定受体，使它们能够与细胞相互作用或进入细胞。

然而，功能化是否总是相互作用所必需的，或者纳米颗粒是否可以自发地相互作用尚不清楚。该团队用模拟生物细胞膜特性的人造细胞测试了不同尺寸的非功能化金纳米粒子。使用这些简单的细胞模拟物使他们能够专注于膜 - 纳米颗粒的相互作用。

设计未来的纳米粒子

他们发现较大的纳米颗粒(50-60 nm)有时会粘附在膜的外部，但造成的破坏很小，中等尺寸的纳米颗粒(25-35 nm)更经常粘附在表面并引起一些变形，而较小的纳米颗粒( 5-10 nm)显着扭曲膜，有时将其向内弯曲，几个纳米粒子堆叠在一起，导致管状扭曲。

因此，较小的纳米颗粒在未进行功能化时可能会在体内引起不必要的毒副作用——该团队表示在设计医用纳米颗粒时应考虑到这一因素。

研究结果也有好处——有时，如果纳米粒子进入细胞膜是有用的，例如在将药物直接输送到细胞时。因此，如果更小的金纳米颗粒更容易被吸入细胞，则它们可能会成为更好的药物输送系统。

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