如何在活细胞核中生长出无机功能纳米材料——量子点

从左到右依次是量子点的荧光、细胞核染料的荧光和两者的共定位。该图表明，经 GSH 处理后，荧光 QDs 在活细胞核中生长。Se’代表 Na2SeO3， Cd’代表 CdCl2。

近日，《国家科学评论》在线发表了南开大学胡宇斯博士、王志刚副教授和庞代文教授的活细胞核中量子点合成的研究工作。

在哺乳动物细胞中进行量子点合成研究时，发现加入一些谷胱甘肽（GSH）增强细胞还原能力，所生成量子点在细胞内的分布并不均一，而是集中在某个区域。经过一系列实验确认此区域正是细胞核（如图所示）。胡宇斯说：“这真的太神奇了，简直无法相信。”

胡宇斯博士与导师庞代文教授一起，试图阐明细胞核中量子点合成的分子机制。研究发现，GSH对细胞核合成量子点具有重要作用。细胞核上有GSH的运输蛋白Bcl-2，会把GSH大量运送到细胞核内，增强细胞核内的还原氛围，促进硒前体生成;同时GSH也可以使蛋白上的巯基暴露，为镉前体的生成创造条件。这几方面的综合，最终使量子点能在细胞核内大量合成。

庞代文教授表示：“这是个令人兴奋的结果，此工作将活细胞合成量子点精准至亚细胞水平。”他接着说：“合成生物学领域中的研究大多集中于通过反向遗传学实现有机分子的细胞合成，而无机功能材料的活细胞合成罕见。我们的研究不涉及复杂的基因改造，仅仅通过调控细胞内GSH的含量及分布，就实现了无机荧光纳米材料在细胞器中的定位合成，这弥补了合成生物学的无机材料合成的缺憾。”

虽然有机材料的细胞合成在生物合成领域中仍为主流，但是，此研究无疑将开辟无机材料合成生物学领域。庞代文教授表示：“我们的每一进展，都是一个新的起点。我们坚信，在不远的将来，可以利用细胞合成在指定的细胞器中合成纳米药物，甚至纳米机器人。不但如此，还可以将细胞改造成超级细胞，让其做我们想象不到的事情。”