纳米粒子在细胞内的转运
摘要：纳米粒子目前已广泛地应用于生物医疗领域，例如作为药物载体对癌细胞进行靶向治疗，或者以荧光探针的形式对细胞内环境进行监测等。纳米粒子尺寸小并且结构复杂，为了能够安全地进入细胞并获得高效的治疗效果，需对纳米粒子与细胞之间的作用关系和机理有清晰的了解，知晓纳米粒子的物理化学性能对其进入细胞的途径及其在细胞内转运行为的影响。这也有助于我们设计相应的纳米材料、改性纳米粒子，有效提升细胞的摄取和转运效果。本课题聚焦纳米粒子在细胞内的转运行为，结合近些年来的国内外研究开发现状，展开分类讨论总结，撰写一篇综述类文章。
关键词：纳米粒子； 细胞； 细胞摄取；细胞内运输；文献综述
一、文献综述
近年来随着纳米科技的快速发展，纳米粒子目前已广泛地应用于生物医疗领域，例如作为药物载体对癌细胞进行靶向治疗，或者以荧光探针的形式对细胞内环境进行监测等。这些纳米颗粒通过多种方式作用于人的身体，其本质是纳米粒子（NP）与细胞间的相互作用。
纳米颗粒（NP）可以通过调节细胞结构赋予细胞新的特性，例如诱导或预防突变、细胞启动、细胞通信等功能。在研究纳米颗粒在细胞内的转运主要涉及到纳米粒子固有特性与细胞间的相互作用，以及细胞内吞 (endocytosis)的机理和粒子进入细胞的路径等问题。了解这些问题将有助于预测粒子在细胞中的位置和分布，为设计出更有效的载体提供实验依据。最新的化学进展已经合成了具有精确靶向的生物化学特征的新纳米级材料，并且新兴的分析技术进一步揭示了纳米颗粒与细胞相互作用在不同细胞内细微的差别和依赖性。因为纳米粒子尺寸小并且结构复杂，为了能够安全地进入细胞并获得高效的治疗效果，需对纳米粒子与细胞之间的作用关系和机理有清晰的了解，知晓纳米粒子的物理化学性能对其进入细胞的途径及其在细胞内转运行为的影响。
课题围绕纳米粒子在细胞内的转运行为，结合近些年来的国内外研究开发现状，展开分类讨论总结，撰写一篇综述类文章，客观全面的阐述我们目前对细胞摄取纳米粒子（NP）的过程和控制纳米粒子（NP）与细胞相互作用的基本参数的理解，以及跟踪这些转运过程的可用的分析技术。
研究纳米粒子的尺寸、形状、表面电荷、表面疏水性/亲水性和表面官能化等物理化学性质对细胞摄取纳米粒子的影响至关重要，因为这些参数会直接影响纳米粒子的摄取水平、内吞途径以及细胞毒性。在下面的部分中，将讨论这些参数对细胞与纳米粒子相互作用的影响。
纳米粒子的尺寸是决定细胞摄取效率和细胞毒性的关键因素，并且决定了细胞吸收纳米粒子的途径。尺寸在几纳米到几百纳米不等的小的纳米颗粒都可以通过胞饮作用（哺乳动物细胞内吞）进入细胞内。研究表明250-300 nm范围的纳米粒子通过巨噬细胞的吞噬作用形成吞噬体具有最佳的体外吞噬作用。而非吞噬性真核细胞摄取纳米粒子时（胞饮作用），尺寸在lt;200 nm范围的纳米粒子是通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞，并且尺寸在200 nm的纳米粒子具有最佳的摄取效果。但随着尺寸的增加其进入细胞的途径就会明显的转变为胞膜窖介导的内吞作用[1]。在胞膜窖介导的内吞作用过程中，纳米粒子与胞膜窖的尺寸相匹配的程度将会决定纳米粒子进入细胞的效率。如果纳米粒子的尺寸过大，将会阻碍其进入细胞[2]。一些研究表明，关于细胞对纳米粒子的内化，存在一个45 nm的最佳尺寸，在此尺寸下，纳米粒子能够被更有效地内化，并且具有很高的摄取速率。例如：金纳米粒子的细胞吞噬，采用暗场照射的光学切片显微镜，对金纳米颗粒和囊泡的散射图像进行了成像，通过定量研究不同大小的金纳米颗粒在不同肿瘤细胞中的内吞作用，发现细胞对金纳米颗粒的内吞作用依赖于它的尺寸。研究表明尺寸为45 nm的金纳米粒子在细胞吞噬的过程中有较高的吸收率并且适合于药物的传递[3]。此外，有研究通过调节反应介质的pH来调整单分散介孔二氧化硅纳米粒子尺寸的简单方法，得到了一系列尺寸在30-280 nm范围内的单分散介孔二氧化硅纳米粒子。纳米颗粒可悬浮于溶液中，研究人员用人宫颈癌细胞（HeLa细胞）研究纳米粒子尺寸大小对细胞摄取效率的影响。并采用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察细胞对不同大小的单分散介孔二氧化硅纳米粒子的摄取情况，发现尺寸在30-50 nm范围的纳米粒子会与质膜上的受体产生较强的相互作用，随后通过受体介导的内吞作用被内化，并且这种由受体介导的内吞作用比一般尺寸更小对的其他途径的效率更高[4]。
