纳米颗粒与细胞相互作用的研究及展望
摘要：纳米材料是由尺度在1~100nm的微小颗粒组成的体系。由于尺寸较小，纳米材料有着独特的光学、电学、力学和生物学性质，这使得纳米颗粒在生物医学领域发挥了巨大优势，如在诊断、药物传递和基因治疗等方面。但也引发了许多问题，因其可以穿透生物能垒，在生物体内发生累积，对人体的健康可能产生副作用。因此，纳米颗粒在应用于临床疾病诊断和治疗时，研究其与细胞的相互作用十分重要。本文对纳米颗粒与细胞的相互作用，即纳米颗粒如何被细胞吸收，影响纳米颗粒跨膜吸收的因素及其细胞毒性进行综述，为纳米颗粒的应用提供理论依据，并对未来的研究方向作展望。
关键词：纳米颗粒，细胞膜，相互作用，跨膜吸收，细胞毒性
近年来，随着纳米技术的不断发展，纳米材料在食品、化妆品、分析检测、医疗等领域被广泛应用。譬如，抗肿瘤药物由于其低溶解度和较差的生物相溶性而限制了它的临床应用。因此，发展药物缓释系统，定向地靶向癌细胞并释放药物成为一种有效的解决手段。纳米颗粒由于其较小的尺寸和较高的比表面积成为药物缓释载体的首要候选者。它们能够携带药物或者成像剂有效地进入病灶位点，用来诊断和治疗疾病。一系列的纳米颗粒，如石墨烯量子点、二氧化硅颗粒、金纳米颗粒、聚合物纳米颗粒，都在生物医药领域展现出巨大的应用前景。
1、纳米颗粒的跨膜吸收方式
纳米颗粒可进入血管内皮细胞，肺上皮细胞，肠上皮细胞，巨噬细胞等多种细胞。纳米颗粒内化进入细胞的方式主要有内吞和渗入两种。
1.1细胞内吞
亲水性生物高分子纳米颗粒通过细胞膜内吞作用跨膜吸收。内吞作用指的是纳米颗粒附着在细胞膜上，细胞膜内陷形成小囊，颗粒被包围在小囊内。然后小囊从细胞膜上分离形成小泡，并且进入细胞内部，完成颗粒的细胞内化。细胞内吞主要分为吞噬作用和胞饮作用。后者又可分为四种方式：大胞饮作用、网格蛋白依赖的胞吞作用。对于纳米颗粒来讲，最有效的内吞方式是受体介导的内吞作用，即颗粒表面的配体蛋白与细胞膜表面的受体蛋白结合，最后细胞膜弯曲内陷将颗粒包裹。受体蛋白通常是通过扩散的方式输送到颗粒的内陷部位。一般地，纳米颗粒的跨膜吸收常常涉及多种内吞方式。
1.2非内吞方式
尺寸较小的纳米颗粒可以通过非内吞方式被动渗入到细胞内部。譬如细胞穿膜多肽可以穿透细胞膜且不会在膜内产生孔洞。在合成材料中，小尺寸的金属团簇分子、一维材料如碳纳米管以及带正电的纳米颗粒可以穿透细胞膜。
2、影响纳米颗粒跨膜吸收的因素
大量的实验和理论分析表明，纳米颗粒的大小和形状、表面化学、颗粒弹性性能等影响其与细胞的相互作用。理解这些因素在两者相互作用中的角色有助于我们更好地设计应用于工业和生物医疗领域的纳米材料，使之成为安全、有效的载体。
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