納米片遞送量子點技術用于活細胞標記微管骨架

量子點做為無機合成的納米熒光探針，具有高熒光亮度和熒光穩定性，適合長時間觀察和活體示蹤。將量子點靶向遞送入細胞漿，有助于細胞內蛋白瞬時相互作用研究，以及動態細胞學反應機制的長時程觀察。目前量子點遞送入細胞的方法主要分為兩類：①協助遞送策略：利用穿膜肽、多聚物載體、轉染試劑等實現量子點的遞送，但是需要考慮量子點被細胞內吞后的釋放效率；②主動遞送技術：包括電穿孔和顯微注射，會對細胞造成一定程度的機械損傷。加州大學Shimon Weiss課題組，將光熱納米片技術（Photothermal nanoblade technique）用于量子點偶聯物的細胞內遞送，不需考慮內吞后的釋放效率，同時避免了機械損傷。

研究者將激光脈沖作用于毛細管吸頭的表面等離子體振子，使其緊鄰的細胞膜部位形成納秒級爆炸性氣泡，這些氣泡在細胞膜上瞬時形成切口或孔洞；同時，向毛細管施壓，形成一股瞬時液流，量子點偶聯物隨之進入胞漿（圖1a）。與傳統的顯微注射方法比較，光熱納米片與細胞膜的接觸更加溫和，避免了對細胞的機械損傷。上述研究者將該技術用于微管蛋白-量子點偶聯物的遞送，實現了活細胞內微管骨架的實時觀察。如圖1所示，研究者對于偶聯策略進行了改進。如果采用一步法直接將量子點與微管蛋白進行偶聯（圖1c），遞送入細胞后，量子點可能阻礙微管組裝。為了克服該問題，研究者設計了多步驟的偶聯策略（圖1b）：①體外進行微管單體的聚合；②向微管聚合物中加入活化的量子點；③終止反應；④使微管聚合物解聚，純化量子點-微管蛋白偶聯物。研究者將獲得的偶聯物，以光熱納米片技術遞送入細胞，清晰顯示了微管骨架的絲狀結構，并可長時間觀察而沒有淬滅（圖2）。該方法充分利用了量子點在熒光成像中的優勢，為細胞骨架的活細胞實時觀察提供了新的研究手段。

圖1 量子點與微管蛋白的偶聯以及偶聯物的遞送模式圖

(a) 利用光熱納米片技術將量子點-微管蛋白偶聯物遞送入細胞漿；(b) 多步法量子點-微管蛋白偶聯策略；(c) 一步法量子點-微管蛋白偶聯策略。

圖2 Hela細胞的微管骨架成像

(a) 以多步法策略獲得的量子點-微管蛋白偶聯物在Hela細胞成像；(b) 以微管蛋白抗體對(a)圖細胞進行免疫細胞染色成像；(c) (a)及(b)的疊加；(d) 未偶聯的量子點在Hela細胞成像；(e) 以微管蛋白抗體對(d)圖細胞進行免疫細胞染色成像；(f) (d)及(e)的疊加。

文獻來源：

Xu J, Teslaa T, Wu TH, Chiou PY, Teitell MA, Weiss S. Nanoblade delivery and incorporation of quantum dot conjugates into tubulin networks in live cells. Nano Lett. 2012;12(11):5669-72.