過程工程所等發(fā)現(xiàn)“隱形”二維納米材料活化巨噬細胞的機制

　　二維納米材料（例如石墨烯、二硫化鉬等）憑借獨特的理化性質(zhì)，在藥物運輸、基因轉(zhuǎn)染、組織工程、腫瘤治療等生物醫(yī)學領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景。為了減少體內(nèi)的聚集，這些二維納米材料在應(yīng)用時也需要在表面進一步修飾聚乙二醇（PEG），并且以往的研究也認為這種修飾可以減少巨噬細胞的攝取并增加體內(nèi)的生物兼容性，所以也被形象地稱為PEG的“隱形”效應(yīng)。

　　中國科學院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室生物材料與生物劑型課題組在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞與氧化石墨烯的相互作用完全不同于傳統(tǒng)球形顆粒（Biomaterials, 2012, 33, 4013; Nanoscale, 2015, 7, 19949）。近期該團隊還發(fā)現(xiàn)，修飾PEG后的氧化石墨烯（nGO-PEG）雖然不會被巨噬細胞內(nèi)吞，但卻會加速巨噬細胞膜流動性、促進巨噬細胞遷移速率并誘導巨噬細胞產(chǎn)生大量炎癥相關(guān)細胞因子（圖1）。通過與哥倫比亞大學教授周如鴻課題組的合作，該團隊進一步發(fā)現(xiàn)，nGO-PEG可以借助表面摩擦和嵌插入膜兩種方式與巨噬細胞發(fā)生相互作用；在此過程中，nGO-PEG會通過刺激細胞膜上整合素αvβ8激活內(nèi)部信號，最終活化巨噬細胞（圖2）。該研究不僅發(fā)現(xiàn)了活化巨噬細胞的全新機制，也再次提示二維納米材料特殊的維度可能引發(fā)截然不同的納米-生物界面效應(yīng)，在進行生物醫(yī)學應(yīng)用時需格外關(guān)注。

　　相關(guān)研究內(nèi)容發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications，8, 14537）上，羅娜娜和Jeffrey K. Weber為論文的并列第一作者，中科院過程工程所研究員馬光輝、魏煒以及哥倫比亞大學周如鴻為通訊作者。該研究得到了國家科技重大專項（2014ZX09102045）、“973”項目（2013CB531500）等基金的支持。

　　圖1 nGO-PEG與巨噬細胞作用后的細胞行為變化：（a）巨噬細胞不吞噬nGO-PEG；（b）巨噬細胞分泌大量炎癥相關(guān)細胞因子；（c）膜流動性加快；（d）細胞遷移速率增加

　　圖2 nGO-PEG活化巨噬細胞的機制：（a）計算模擬揭示nGO與細胞膜的兩種作用方式；（b）膜相關(guān)基因的變化；（c）Integrin β8表達上調(diào)；（e）活化通路