15年前，科学家发现一种可以阻止特定基因表达的方法，并因此在2006年赢得诺贝尔奖。该发现就是活细胞内的RNA干扰（RNAi）现象，给医疗科学带来诱人的希望，不过迄今为止该技术仍难以得到应用。现在，美国华盛顿大学与埃默里大学的科学家通过使用一种称为“量子点”的纳米技术成功地解决了这个问题。这项技术比现有的将基因静默工具小分子干扰核糖核酸（siRNA）注入细胞的方法有效10倍到20倍以上。该研究成果发表在近期的《美国化学会志》网络版上。
论文作者、华盛顿大学生物工程副教授高虓虎相信，这项技术将对siRNA传递领域产生非常重要的影响。论文的另一作者、埃默里大学生物医学工程系教授聂书明也表示，这项研究帮助克服了siRNA领域长期存在的障碍：如何在低毒性条件下实现高效静默。
这项新近实验所使用的量子点为一个直径仅6纳米，由半导体材料制成的荧光球。量子点的独特光学特性使得这些荧光球发出不同颜色的光。而量子点是为细胞成像、太阳能电池与发光二极管而研发的。
每个量子点都被携带一个正电荷的质子海绵所包围。如果没有附加任何量子点，siRNA的负电荷会阻止siRNA复合体穿透细胞壁。有了量子点的依附，电荷更加微弱的siRNA复合体就会穿越细胞壁，从核内体逃离并积聚在细胞液中，在此siRNA复合体就能从事扰断蛋白质制造的工作。这种新方法的关键是：研究人员可调整量子点的质子海绵外层的化学成分，从而能精确控制这些量子点依附在siRNA上的紧密程度。
在停止基因活性方面，量子点技术明显优于现有技术。在实验中，当siRNA以量子点传递时，试验蛋白在细胞内的生产量下降至2％。相比之下，当siRNA以3种商业试剂或目前在实验室普遍使用的引起反应的物质中的其中一种传递时，试验蛋白的生产量仍处于正常水平的13％至51％。
这项发现的核心是，荧光量子点将允许科学家观察到siRNA的活动。先前的siRNA追踪剂所发出的光无法持续超过1分钟，而使用这种专为成像开发的量子点时，所发出的光每次可持续1小时。在实验中，研究人员对这个过程持续观察了数小时，以追踪基因静默剂的路径。
对细胞而言，这种新方法比现有化学物质的毒性要少5倍至10倍，这表明量子点依附伤害细胞的可能性较小。理想的传递工具将完全不会对细胞造成影响，而唯一的生物学挑战将会是siRNA阻止细胞生成不需要的蛋白。
量子点比先前的技术更加有效的确切原因目前依然是个谜团。但研究人员相信，此种改善应是核内体脱离及量子点从siRNA分离的能力所致。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
J. Am. Chem. Soc., 130 (28), 9006–9012, 2008. 10.1021/ja800086u
Proton-Sponge Coated Quantum Dots for siRNA Delivery and Intracellular Imaging
Maksym V. Yezhelyev,† Lifeng Qi,‡ Ruth M. O’Regan,† Shuming Nie,*†§ and Xiaohu Gao*‡
Winship Cancer Institute, Emory University, Atlanta, Georgia 30322, Department of Bioengineering, University of Washington, William H. Foege Building N530M, Seattle, Washington 98195, and Department of Biomedical Engineering and Chemistry, Emory University and Georgia Institute of Technology, 101 Woodruff Circle, Suite 2001, Atlanta, Georgia 30322
Abstract:
We report the rational design of multifunctional nanoparticles for short-interfering RNA (siRNA) delivery and imaging based on the use of semiconductor quantum dots (QDs) and proton-absorbing polymeric coatings (proton sponges). With a balanced composition of tertiary amine and carboxylic acid groups, these nanoparticles are specifically designed to address longstanding barriers in siRNA delivery such as cellular penetration, endosomal release, carrier unpacking, and intracellular transport. The results demonstrate dramatic improvement in gene silencing efficiency by 10−20-fold and simultaneous reduction in cellular toxicity by 5−6-fold, when compared directly with existing transfection agents for MDA-MB-231 cells. The QD−siRNA nanoparticles are also dual-modality optical and electron-microscopy probes, allowing real-time tracking and ultrastructural localization of QDs during delivery and transfection. These new insights and capabilities represent a major step toward nanoparticle engineering for imaging and therapeutic applications.
