武汉物数所代谢组学评价纳米金棒生物效应研究获进展

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近日，依托于中科院武汉物理与数学研究所的中国科学院生物磁共振分析重点实验室的生物波谱及代谢组学研究组，在纳米金棒暴露的细胞代谢应答方面取得新进展，相关研究结果发表在Biomaterials上（Biomaterials 34; (2013) 7117-7126）。

十六甲基溴化铵（cetyltrimethyl ammonium bromide，CTAB）表面修饰纳米金棒（AuNRs）在DNA检测、荧光探针、生物成像和光热治疗、靶向药物传输等许多领域展现了良好的应用前景。前人通过电子、光学显微镜从细胞形态等宏观角度发现纳米金棒暴露对人类肺泡腺癌上皮细胞（A549）和正常支气管上皮细胞（16HBE）存在不同的反应特性。推测纳米金棒能穿透癌细胞溶酶体进入线粒体，然后蓄积在线粒体中，导致癌细胞氧化应激损伤大量死亡，而纳米金棒作用于正常细胞时，并没有穿透溶酶体进入线粒体，因此正常细胞并未大量死亡。但是，其各自作用的微观代谢分子机理尚不清楚。

生物波谱及代谢组学研究组张利民副研究员等与国家纳米科学中心合作，采用基于NMR检测的代谢组学方法并结合多变量数据分析手段，详细比较研究了不同细胞对纳米金棒暴露的代谢分子机理。研究结果表明，纳米金棒暴露均改变了两种细胞的微环境，不同程度导致了细胞氧化应激。但是，正常细胞表现为调动了细胞抗氧化机制，且能量代谢受到影响，但细胞未见死亡。而癌细胞则主要体现为线粒体氧化应激损伤，大大抑制了细胞内核苷酸的合成，从而导致了癌细胞大量死亡；此外，两种细胞的氨基酸含量的显著升高表明金纳米棒暴露导致了大量的应激激素产生。上述结论得到细胞分子荧光染色实验结果的证实。这些研究成果为研究纳米金棒对不同细胞的作用机制提供了详细的分子信息，为抗肿瘤药物筛选及其机制研究提供了分子水平的理论基础。