湖南大学谭蔚泓院士团队提出从细胞中制备细胞膜仿生囊泡的新方法

湖南大学谭蔚泓院士团队报道了一种从细胞中提取巨型细胞膜仿生囊泡的新方法。这种制备方法简单、高效，所制备的囊泡具有类似细胞膜的结构特点、并且易于功能化修饰和携载药物，有望作为新型智能药物运输载体用于疾病的治疗，该研究以 “Generating Giant Membrane Vesicles from Live Cells with Preserved Cellular Properties”为题发表在Research上 (Research, 2019, 6523970, DOI: 10.34133/2019/6523970)。

研究背景

细胞膜是一类具有生物活性的界面，它在细胞与外界环境的物质交换、能量转换和信息传递等生命过程中起着十分重要的作用。研究和模拟细胞膜的结构和性质有助于阐明生命活动的基本规律，为针对相应疾病的药物开发提供理论依据。通常，研究人员采用人工合成的磷脂双分子层膜作为细胞膜模型来研究细胞膜的结构及其与生物分子的相互作用。相比人工合成的磷脂双分子层膜，来源于细胞的巨型囊泡尺寸与细胞相似，又具有细胞膜的结构特点，它作为一种天然的仿生材料在细胞膜研究以及构建仿生药物递送系统等研究领域具备独特的优势。

囊泡示意图

目前，研究者主要采用化学试剂诱导法从细胞中获取巨型细胞膜囊泡，然而，这种方式在制备过程中需要使用高盐缓冲液和化学试剂（如，二硫苏糖醇和多聚甲醛），采用这种方法制备的囊泡不易保持细胞膜蛋白等生物分子的活性并且需要后续的分离操作，因此，亟需发展一种获取性能优异的细胞膜仿生囊泡的新方法，进而以这种仿生囊泡作为载体，通过功能化修饰和模块组装，设计新型智能药物控释系统，可为药物的精准递送和可控释放提供新的契机。

研究进展

湖南大学谭蔚泓团队开发了一种纳米材料辅助法制备巨型细胞膜囊泡（giant membrane vesicle, GMV）的新方法。将细胞与纳米材料孵育后，通过光照即可获得性质优良的细胞膜囊泡（图1）。

图1  采用纳米材料辅助法可从细胞中提取性质优良的细胞膜仿生囊泡

这一策略的创新之处在于，将纳米材料作为细胞膜囊泡的诱导试剂，避免了使用化学诱导试剂所导致的副反应。这种制备方法简单可靠、产率高，适用于各种贴壁细胞，普适性好。由于囊泡可在细胞培养基或生物友好的缓冲液中制备，制备条件温和，无需分离，可直接用于后续生物学实验。这些改进使得GMV拥有更加类似活细胞表面的复杂结构和功能，这也意味着GMV具有广泛的生物医学应用前景。

通过这种新方法获取的细胞膜仿生囊泡具有类似细胞膜的结构和性质，作为细胞膜模型，这种仿生囊泡可以提供一个更加接近天然的细胞膜结构和性质的研究平台（图2a）。更重要的是，仿生囊泡性质稳定，易于被功能化修饰，可作为载体构筑新型仿生药物载体系统（图2b）。基于膜囊泡天然具有运输生物活性药物的性质，作者以姜黄素为药物模型验证了装载药物的GMV比常规药物的肿瘤杀伤效力更高。

图2  细胞膜仿生囊泡具有类似细胞膜的结构和性质且易于功能化修饰

未来展望

在该工作中，作者提供了一种制备巨型细胞膜囊泡的新方法，所获取的仿生囊泡不仅可以提供优良的细胞膜研究平台，还具有较强的可修饰特点，具有尤为重要的生物医学应用前景，有望为细胞膜仿生囊泡的应用提供坚实的物质基础，同时开辟设计多功能药物载体的新途径。

作者简介

谭蔚泓

谭蔚泓，中国科学院院士、发展中国家科学院院士，湖南大学化学化工学院、生物学院教授；中国科学院肿瘤与基础医学研究所所长，中国科学院大学附属肿瘤医院院长；上海交通大学分子医学研究院院长。现任化学生物传感与计量学国家重点实验室（湖南大学）主任，中国化学会副理事长，湖南省院士咨询与交流促进会会长，教育部科技委员会委员，国家自然科学基金委化学部咨询委员会委员等。现任美国化学会Journal of American Chemical Society、CCS Chemistry杂志副主编，ACS Nano、国家科学评论等国内外杂志编委。在Science、PNAS和Nature系列等国际知名学术刊物上发表学术论文660余篇，H-index 133。2014-2018连续五年入选全球高被引研究人员名单。研究成果获2011年教育部自然科学一等奖，2012年美国化学会Florida奖，2013年湖南省自然科学一等奖，2014年国家自然科学二等奖，2016年湖南省光召科技奖，2018年何梁何利基金科学与技术进步奖，2018年美国化学会“光谱化学分析奖”，2019年美国PITTCON分析化学成就奖、2019年Ralph N. Adams生物分析化学成就奖。

谭蔚泓教授长期致力于生物分析化学，化学生物学和分子医学的研究与开发，提出了核酸适体活细胞筛选的新概念，建立了以活细胞为靶标的核酸适体筛选方法，利用获得的分子探针实现了癌症等多种重大疾病细胞的特异性识别,为解决细胞研究缺乏分子探针的难题开辟了全新的途径；提出了系列核酸适体化学和生物医学应用的新原理：利用核酸适体发现了胰腺癌等癌症的疾病相关蛋白，测定了这些蛋白的结构参数，建立了这些蛋白的定量分析和光学成像方法，系统研究了核酸适体细胞识别的分子基础；探索了分子医学，纳米生物学和化学生物学的交叉研究新方向：构建了新型氧化硅荧光与磁性纳米颗粒，开发了DNA胶束、DNA水凝胶等生物纳米新材料。结合核酸分子工程发展了多种信号放大新策略，为生物分析化学， 化学生物学和分子医学提供了新原理， 新材料与工具和新应用。

《Research》作为《Science》自1880年创建以来第一本合作期刊，通过《Science》的高影响力国际化传播平台和丰富的国际化高端学术资源，正在快速提高期刊的国际知名度和影响力，刊登内容主要集中在：人工智能与信息科学/生物学与生命科学/能源研究/环境科学/新兴材料研究/机械/科学与工程/微纳米科学/机器人与先进制造领域。

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