许多疾病是由身体细胞信号通路的缺陷引起的。在未来，生物活性纳米胶囊可以成为药物控制这些途径的有价值的工具。来自巴塞尔大学的研究人员已经朝着这个方向迈出了重要的一步：他们成功地使几种不同的纳米胶囊协同工作，放大了一个自然信号级联，并影响了细胞行为。
细胞之间经常交流，有方法接收信号并处理它们--类似于人类需要耳朵来听到声音和语言知识来处理他们的意思。控制细胞自身的信号通路对治疗各种疾病具有重要的医学意义。
巴塞尔大学化学系和NCCR分子系统工程的一个研究小组开发了可用于此目的的生物活性材料。为了实现这一目标，由CorneliaPalivan教授领导的研究人员将纳米材料与天然分子和细胞结合起来。
在杂志上
ACS纳米
现在，他们报告了酶负载的纳米胶囊如何进入细胞并整合到其固有的信号过程中。通过功能上的耦合几个纳米胶囊，他们能够放大一个自然信号通路。
保护活物
为了保护酶在细胞环境中不被降解，研究小组将它们装入聚合小胶囊中。分子可以通过特定插入其合成壁的生物孔进入隔间，并与体内的酶发生反应。
研究人员对含有不同酶的纳米胶囊进行了试验：第一个酶反应的产物进入第二个胶囊，并在里面开始第二个反应。这些纳米包膜可以维持操作数天，并积极参与哺乳动物细胞的自然反应。
小型扬声器和耳朵
细胞接受和处理的许多信号之一是一氧化氮(NO)。NO信号通路的缺陷不仅与心血管疾病的发生有关，而且还与肌肉和视网膜营养不良的发生有关，这是一个被广泛研究的细胞机制。该途径包括一个名为一氧化氮合成酶(NOS)的酶家族产生NO。NO可以扩散到其他细胞，在那里它被另一种叫做可溶性鸟苷酸环化酶(SGC)的酶所感知。SGC的激活启动了一种级联反应，调节多种不同的过程，如平滑肌松弛和感觉神经细胞对光的处理等。
由帕利文领导的研究人员生产出含有NOS和sGC的胶囊，这两种胶囊在细胞中自然存在，但浓度低得多：产生NO的NOS胶囊的作用类似于扬声器，“高声高喊”它们的信号清晰；而sgc胶囊则充当“耳朵”，感应和处理信号以放大反应。
以依赖于sGC作用的细胞内钙浓度作为指标，科学家们表明，一氧化氮合酶和sGC负载胶囊的结合使细胞反应更加活跃，细胞内钙水平增加了8倍。
酶替代疗法的新策略
这项研究的第一作者AndreaBelluati博士说：“通过将纳米科学和生物分子结合起来，这是一种刺激细胞生理变化的新策略。”“我们只需将酶载的胶囊与细胞一起孵育，它们就可以随时采取行动。”
CorneliaPalivan补充说：“这一概念的证明是酶替代治疗领域中的一个重要步骤，因为在生化途径失灵的疾病中，例如心血管疾病或几种营养不良。”