Angew. Chem. :降低细胞膜胆固醇含量可增强细胞膜包覆的金属有机框架纳米酶载体的反应活性

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近年来,金属有机框架(MOF)纳米粒被愈发广泛地用作药物酶的递送载体。其中ZIF-8 MOF, 由于较低的毒性和较好的装载酶的能力,引起了广泛关注。研究者们采用细胞膜包覆技术对MOF纳米粒进行表面修饰,来赋予其类似细胞的特性,例如免疫逃避,靶向疾病位点等,从而增强递送药物酶的效果。


细胞膜包覆的纳米酶载体的反应活性取决于反应底物扩散过细胞膜进入 MOF的速度,以及反应产物扩散出MOF的速度。因此若能研发一种增强分子跨膜运输的方法会很有价值。胆固醇是动物细胞膜的重要组分,并在调节细胞膜通透性中起关键作用:胆固醇引起细胞膜磷脂分子的紧密排布,从而降低细胞膜的通透性,阻碍分子跨膜运输。相反地,降低细胞膜的胆固醇含量可增进细胞膜的通透性,促进分子跨膜运输。受此现象启发,近日美国加州大学圣地亚哥分校张良方教授团队报道了降低细胞膜胆固醇的含量可增强细胞膜包覆的MOF纳米酶载体的反应活性。

图1. 在细胞膜包覆的MOF纳米酶载体(CM-MOF-enzyme NP)中降低细胞膜的胆固醇含量会增加细胞膜的通透性,促进反应底物和产物的跨膜运输,从而增强反应活性。

该团队制备了人体红细胞膜包覆的载有过氧化氢酶的MOF纳米粒,用甲基-β-环糊精(MbCD)降低细胞膜胆固醇含量,制得具备不同胆固醇含量的纳米粒。这些纳米粒粒径相近,但在催化过氧化氢降解的反应中展现出不同的活性:胆固醇含量愈低的纳米粒的反应活性愈高,提供愈快的反应速度。该团队还制备了人体巨噬细胞膜包覆的载有过氧化氢酶的MOF纳米粒,证实了细胞膜胆固醇的含量对纳米酶载体的反应活性的影响同样适用于该体系。此外,该团队在载有辣根过氧化物酶和有机磷水解酶的纳米粒体系中证实了降低细胞膜胆固醇的含量会增强纳米粒的反应活性。


为研究此现象的机理,该团队将荧光染料装载在红细胞/巨噬细胞膜包覆的MOF纳米粒中,观察到MbCD可以促进染料释放,且染料释放速度与MβCD浓度正相关。这些结果表明降低细胞膜的胆固醇含量可增强细胞膜的通透性,从而提高纳米粒的反应活性。


综上,该团队发现了细胞膜胆固醇含量与细胞膜包覆的MOF纳米酶载体的反应活性之间的关系:降低胆固醇含量会增强纳米粒的反应活性。此现象在两种不同细胞膜(红细胞和巨噬细胞膜)包覆的纳米粒体系中得到证实,并在三种不同酶(过氧化氢酶,辣根过氧化物酶和有机磷水解酶)的体系中得到证实。该发现为调节纳米酶载体的反应活性提供了一个简易并具有普适性的新策略。

文信息

Membrane Cholesterol Depletion Enhances Enzymatic Activity of Cell-Membrane-Coated Metal-Organic-Framework Nanoparticles

Shuyan Wang, Mingxuan Kai, Yaou Duan, Zhidong Zhou, Dr. Ronnie H. Fang, Dr. Weiwei Gao, Prof. Liangfang Zhang


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202203115


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