碳纳米管创造人工细胞膜通道 有望实现精确治疗

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北京时间10月31日消息 据科学日报报道，近日由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家带领的科研小组创造了一个包含短碳纳米管的离子通道，后者可以被插入合成磷脂双分子层或者活的细胞膜以形成小的孔，用于传输水、质子、小型离子和DNA。

这些碳纳米管“膜孔蛋白”对于未来健康保健和生物工程具有重要的启示意义。碳纳米管最终将用于将药物传输至体内，可以作为新型生物传感器和DNA测序应用的基础，且可以被用于合成细胞的组成部分。

一直以来研究人员都对研发生物细胞膜通道的人工合成类似物非常感兴趣，这些人工合成物或可以复制传输粒子和分子的高效率和极度选择性，后者常见于自然系统里。然而，这些努力总会面临人工合成学里的一些问题，科学家们似乎永远无法完全模拟生物蛋白质的性能。

一般来说服用的药片会被身体缓慢吸收然后运输至身体各处，但碳纳米管有所不同，它能够确定一个需要治疗的精确区域而不会伤害周围的其它器官。“很多治疗一个器官疾病的高效药物会对其它器官产生毒性，” 带领进行这些研究的文章首席作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室的生物物理学家亚历山大诺伊（Aleksandr Noy）这样说道。“这便是为什么将药物传输至身体特定区域并只在那里释放是更好的疗法。”这项研究被发表在10月30日的期刊《自然》上。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究小组与劳伦斯伯克利国家实验室分子材料部、美国加州大学默塞德分校和伯克利分校、西班牙巴斯克国家大学的同事利用碳纳米管创造了一个更高效、生物相容的膜孔通道，碳纳米管是一个类似吸管的分子，它包含一个卷起的石墨烯薄膜。

这项研究显示尽管碳纳米管结构相对简单，但碳纳米管膜孔蛋白具有天然离子通道的很多特征行为：它们能够自发的插入细胞膜，可以在亚稳电导态之间切换，且表现出典型的高分子引发的阻碍特性。研究小组还发现，与在生物通道里的情况相似，本地通道和细胞膜带电也可以控制碳纳米管膜孔蛋白的离子导电性和离子选择性。

“我们发现这些纳米孔是研发细胞界面、研究生物通道里的传输以及创造生物传感器的非常有前景的仿生平台，”诺伊说道。“我们正在思考碳纳米管膜孔蛋白或可能是第一个多功能的人造纳米孔，它可以在生物和材料科学领域产生广泛的应用。”

“总而言之，我们的发现确定了碳纳米管膜孔蛋白是合成膜通道非常有前景的原型，这些合成膜面对生物和化学挑战具有内在的坚固性，同时具有卓越的生物兼容性，这对于生物纳米流体和细胞界面应用具有宝贵的价值。”研究第一合作作者、博士后研究员贾更（Jia Geng）这样说道。

另一名研究合作者、博士后研究员金庆勋（Kyunghoon Kim）补充说道：“我们还期望可以修改碳纳米管膜孔蛋白的合成‘大门’，从而极大的改变它们的选择性，开启它们在人造合成细胞、药物传递和生物传感方面的新可能性。”其它研究作者还包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室的拉米亚土努古塔拉（ Ramya Tunuguntla）、康雷祖（Kang Rae Cho）、达雅纳拉穆尼奥斯（Dayannara Munoz ）和莫里斯王（Morris Wang）。