纳米粒子与细胞相互作用的力学–化学偶联研究进展

展金秀 冯峰 许敏 姚立 葛茂发

引用本文: 展金秀, 冯峰, 许敏, 姚立, 葛茂发. 纳米粒子与细胞相互作用的力学–化学偶联研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 190507. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905076 shu
Citation:  Zhan Jinxiu, Feng Feng, Xu Ming, Yao Li, Ge Maofa. Progress in Chemo–Mechanical Interactions between Nanoparticles and Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(1): 190507. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905076 shu

纳米粒子与细胞相互作用的力学–化学偶联研究进展

    作者简介:


    姚立,出生于1979年。毕业于中国科学院化学研究所,获理学博士学位。中国科学院化学研究所研究员,博士生导师。长期从事分子细胞相互作用与纳米生物技术研究;
    葛茂发,出生于1970年。毕业于吉林大学,获理学博士学位。中国科学院化学研究所研究员,博士生导师。研究方向包括大气化学、环境化学、环境催化、纳米材料和污染控制技术;
    通讯作者: 姚立, yaoli@iccas.ac.cn; 葛茂发, gemaofa@iccas.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21778055, 21573250),国家重点研发计划(2018YFA0208800)和北京市自然科学基金(L172048)资助项目

摘要: 纳米粒子在生物医学和大气环境领域的广泛研究使得其生物安全性越来越受到重视。目前已经有许多研究关注纳米粒子与细胞的相互作用及细胞毒性问题。本综述从细胞力学-化学偶联的角度总结了近五年来有关纳米粒子与细胞相互作用的研究进展。首先介绍了与细胞力学-化学偶联性质相关的分子基础以及目前检测细胞机械性质的纳米技术,然后重点讨论了纳米粒子对细胞粘附、骨架、刚度和迁移性质的影响。在此基础上,进一步指出了纳米生物力学-化学偶联的挑战与展望。

English

    1. [1]

      Grabinski, C.; Schaeublin, N.; Wijaya, A.; D'Couto, H.; Baxamusa, S. H.; Hamad-Schifferli, K.; Hussain, S. M. ACS Nano 2011, 5 (4), 2870. doi: 10.1021/nn103476x

    2. [2]

      Pati, R.; Das, I.; Mehta, R. K.; Sahu, R.; Sonawane, A. Toxicol. Sci. 2016, 150 (2), 454. doi: 10.1093/toxsci/kfw010

    3. [3]

      Li, J. C.; Mao, H. L.; Kawazoe, N.; Chen, G. P. Biomater. Sci. 2017, 5 (2), 173. doi: 10.1039/c6bm00714g

    4. [4]

      Rotsch, C.; Radmacher, M. Biophys. J. 2000, 78 (1), 520. doi: 10.1016/s0006-3495(00)76614-8

    5. [5]

      Tay, C. Y.; Cai, P. Q.; Setyawati, M. I.; Fang, W. R.; Tan, L. P.; Hong, C. H. L.; Chen, X. D.; Leong, D. T. Nano Lett. 2014, 14 (1), 83. doi: 10.1021/nl4032549

    6. [6]

      Li, Y.; Jing, L.; Yu, Y. B.; Yu, Y.; Duan, J. C.; Yang, M.; Geng, W. J.; Jiang, L. Z.; Li, Q. L.; Sun, Z. W. Part. Part. Syst. Charact. 2015, 32 (6), 636. doi: 10.1002/ppsc.201400180

    7. [7]

      Nakayama, K. H.; Surya, V. N.; Gole, M.; Walker, T. W.; Yang, W. G.; Lai, E. S.; Ostrowski, M. A.; Fuller, G. G.; Dunn, A. R.; Huang, N. F. Nano Lett. 2016, 16 (1), 410. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04028

    8. [8]

      Hynes, R. O. Cell 2002, 110 (6), 673. doi: 10.1016/s0092-8674(02)00971-6

    9. [9]

      Guo, W. J.; Giancotti, F. G. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2004, 5 (10), 816. doi: 10.1038/nrm1490

    10. [10]

      Mitra, S. K.; Hanson, D. A.; Schlaepfer, D. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6 (1), 56. doi: 10.1038/nrm1549

    11. [11]

      Li, Z. H.; Lee, H. J.; Zhu, C. Exp. Cell Res. 2016, 349 (1), 85. doi: 10.1016/j.yexcr.2016.10.001

    12. [12]

      Geiger, B.; Yamada, K. M. CSH Perspect. Biol. 2011, 3 (5), 21. doi: 10.1101/cshperspect.a005033

    13. [13]

      Jiang, G. Y.; Giannone, G.; Critchley, D. R.; Fukumoto, E.; Sheetz, M. P. Nature 2003, 424 (6946), 334. doi: 10.1038/nature01805

    14. [14]

      Kukkurainen, S.; Maatta, J. A.; Saeger, J.; Valjakka, J.; Vogel, V.; Hytonen, V. P. Mol. Biosyst. 2014, 10 (12), 3217. doi: 10.1039/c4mb00341a

    15. [15]

      Yao, M. X.; Goult, B. T.; Chen, H.; Cong, P. W.; Sheetz, M. P.; Yan, J. Sci. Rep. 2014, 4, 7. doi: 10.1038/srep04610

    16. [16]

      Mitra, S. K.; Schlaepfer, D. D. Curr. Opin. Cell Biol. 2006, 18 (5), 516. doi: 10.1016/j.ceb.2006.08.011

    17. [17]

      Beningo, K. A.; Dembo, M.; Kaverina, I.; Small, J. V.; Wang, Y. L. J. Cell Biol. 2001, 153 (4), 881. doi: 10.1083/jcb.153.4.881

    18. [18]

      Scarpa, E.; Szabo, A.; Bibonne, A.; Theveneau, E.; Parsons, M.; Mayor, R. Dev. Cell 2015, 34 (4), 421. doi: 10.1016/j.devcel.2015.06.012

    19. [19]

      Yao, M. X.; Qiu, W.; Liu, R. C.; Efremov, A. K.; Cong, P. W.; Seddiki, R.; Payre, M.; Lim, C. T.; Ladoux, B.; Mege, R. M.; et al. Nat. Commun. 2014, 5, 11. doi: 10.1038/ncomms5525

    20. [20]

      Mui, K. L.; Chen, C. S.; Assoian, R. K. J. Cell Sci. 2016, 129 (6), 1093. doi: 10.1242/jcs.183699

    21. [21]

      Auernheimer, V.; Lautscham, L. A.; Leidenberger, M.; Friedrich, O.; Kappes, B.; Fabry, B.; Goldmann, W. H. J. Cell Sci. 2015, 128 (18), 3435. doi: 10.1242/jcs.172031

    22. [22]

      Gasparski, A. N.; Beningo, K. A. Arch. Biochem. Biophys. 2015, 586, 20. doi: 10.1016/j.abb.2015.07.017

    23. [23]

      Kiefel, H.; Bondong, S.; Hazin, J.; Ridinger, J.; Schirmer, U.; Riedle, S.; Altevogt, P. Cell Adhes. Migr. 2012, 6 (4), 374. doi: 10.4161/cam.20832

    24. [24]

      Colombo, F.; Meldolesi, J. Trends Pharmacol. Sci. 2015, 36 (11), 769. doi: 10.1016/j.tips.2015.08.004

    25. [25]

      Bershadsky, A.; Chausovsky, A.; Becker, E.; Lyubimova, A.; Geiger, B. Curr. Biol. 1996, 6 (10), 1279. doi: 10.1016/s0960-9822(02)70714-8

    26. [26]

      Padmakumar, V. C.; Libotte, T.; Lu, W. S.; Zaim, H.; Abraham, S.; Noegel, A. A.; Gotzmann, J.; Foisner, R.; Karakesisoglou, L. J. Cell Sci. 2005, 118 (15), 3419. doi: 10.1242/jcs.02471

    27. [27]

      Haque, F.; Lloyd, D. J.; Smallwood, D. T.; Dent, C. L.; Shanahan, C. M.; Fry, A. M.; Trembath, R. C.; Shackleton, S. Mol. Cell. Biol. 2006, 26 (10), 3738. doi: 10.1128/mcb.26.10.3738-3751.2006

    28. [28]

      Luxton, G. W. G.; Gomes, E. R.; Folker, E. S.; Vintinner, E.; Gundersen, G. G. Science 2010, 329 (5994), 956. doi: 10.1126/science.1189072

    29. [29]

      Guilluy, C.; Osborne, L. D.; Van Landeghem, L.; Sharek, L.; Superfine, R.; Garcia-Mata, R.; Burridge, K. Nat. Cell Biol. 2014, 16 (4), 376. doi: 10.1038/ncb2927

    30. [30]

      Fanucchi, S.; Shibayama, Y.; Burd, S.; Weinberg, M. S.; Mhlanga, M. M. Cell 2013, 155 (3), 606. doi: 10.1016/j.cell.2013.09.051

    31. [31]

      Dekker, J.; Mirny, L. Cell 2016, 164 (6), 1110. doi: 10.1016/j.cell.2016.02.007

    32. [32]

      Uhler, C.; Shivashankar, G. V. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2017, 18 (12), 717. doi: 10.1038/nrm.2017.101

    33. [33]

      Lv, L. W.; Tang, Y. M.; Zhang, P.; Liu, Y. S.; Bai, X. S.; Zhou, Y. S. Tissue Eng. Part B-Rev. 2018, 24 (2), 112. doi: 10.1089/ten.teb.2017.0287

    34. [34]

      Jaalouk, D. E.; Lammerding, J. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10 (1), 63. doi: 10.1038/nrm2597

    35. [35]

      Schwarz, U. S.; Soine, J. R. D. Biochim. Biophys. Acta-Mol. Cell Res. 2015, 1853 (11), 3095. doi: 10.1016/j.bbamcr.2015.05.028

    36. [36]

      Muller, D. J.; Dufrene, Y. F. Trends Cell Biol. 2011, 21 (8), 461. doi: 10.1016/j.tcb.2011.04.008

    37. [37]

      Ahmed, W. W.; Fodor, E.; Betz, T. Biochim. Biophys. Acta-Mol. Cell Res. 2015, 1853 (11), 3083. doi: 10.1016/j.bbamcr.2015.05.022

    38. [38]

      Castillo, M.; Ebensperger, R.; Wirtz, D.; Walczak, M.; Hurtado, D. E.; Celedon, A. J. Biomed. Mater. Res. Part B 2014, 102 (8), 1779. doi: 10.1002/jbm.b.33167

    39. [39]

      Berret, J. F. Nat. Commun. 2016, 7, 10134. doi: 10.1038/ncomms10134

    40. [40]

      Etoc, F.; Lisse, D.; Bellaiche, Y.; Piehler, J.; Coppey, M.; Dahan, M. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (3), 193. doi: 10.1038/nnano.2013.23

    41. [41]

      Tan, J. L.; Tien, J.; Pirone, D. M.; Gray, D. S.; Bhadriraju, K.; Chen, C. S. Pro. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100 (4), 1484. doi: 10.1073/pnas.0235407100

    42. [42]

      Yao, L.; Xu, S. J. Angew. Chem.-Int. Edit. 2011, 50 (19), 4407. doi: 10.1002/anie.201007297

    43. [43]

      Yao, L.; Li, Y.; Tsai, T. W.; Xu, S. J.; Wang, Y. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52 (52), 14041. doi: 10.1002/anie.201307419

    44. [44]

      Yao, L.; Xu, S. J. J. Phys. Chem. B 2012, 116 (33), 9944. doi: 10.1021/jp304335a

    45. [45]

      Zhang, D.; Feng, F.; Li, Q. L.; Wang, X. Y.; Yao, L. Biomaterials 2018, 173, 22. doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.04.045

    46. [46]

      Yu, C.; Zhang, D.; Feng, X.; Chai, Y.; Lu, P.; Li, Q.; Feng, F.; Wang, X.; Li, Y. Nanoscale 2019, 11 (16), 7648. doi: 10.1039/c8nr10338k

    47. [47]

      Qin, Y.; Chen, K.; Gu, W.; Dong, X.; Lei, R.; Chang, Y.; Bai, X.; Xia, S.; Zeng, L.; Zhang, J.; et al. J. Nanobiotechnol. 2018, 16 (1), 54. doi: 10.1186/s12951-018-0380-z

    48. [48]

      Peng, F.; Setyawati, M. I.; Tee, J. K.; Ding, X. G.; Wang, J. P.; Nga, M. E.; Ho, H. K.; Leong, D. T. Nat. Nanotechnol. 2019, 14 (3), 279. doi: 10.1038/s41565-018-0356-z

    49. [49]

      Pottler, M.; Fliedner, A.; Schreiber, E.; Janko, C.; Friedrich, R. P.; Bohr, C.; Dollinger, M.; Alexiou, C.; Durr, S. Nanoscale Res. Lett. 2017, 12 (1), 284. doi: 10.1186/s11671-017-2045-5

    50. [50]

      Li, Y.; Jing, L.; Yu, Y.; Yu, Y.; Duan, J.; Yang, M.; Geng, W.; Jiang, L.; Li, Q.; Sun, Z. Part. Part. Sys. Charact. 2015, 32 (6), 636. doi: 10.1002/ppsc.201400180

    51. [51]

      Xie, H.; Wang, P.; Wu, J. Artif. Cells Nanomed Biotechnol. 2019, 47 (1), 260. doi: 10.1080/21691401.2018.1552594

    52. [52]

      Soenen, S. J. H.; Nuytten, N.; De Meyer, S. F.; De Smedt, S. C.; De Cuyper, M. Small 2010, 6 (7), 832. doi: 10.1002/smll.200902084

    53. [53]

      Qin, H.; Zhu, C.; An, Z.; Jiang, Y.; Zhao, Y.; Wang, J.; Liu, X.; Hui, B.; Zhang, X.; Wang, Y. Int. J. Nanomed. 2014, 9, 2469. doi: 10.2147/IJN.S59753

    54. [54]

      Calzado-Martin, A.; Encinar, M.; Tamayo, J.; Calleja, M.; Paulo, A. S. ACS Nano 2016, 10 (3), 3365. doi: 10.1021/acsnano.5b07162

    55. [55]

      Mao, H.; Li, J.; Dulinska-Molak, I.; Kawazoe, N.; Takeda, Y.; Mamiya, H.; Chen, G. Biomater. Sci. 2015, 3 (9), 1284. doi: 10.1039/c5bm00141b

    56. [56]

      Ogneva, I. V.; Buravkov, S. V.; Shubenkov, A. N.; Buravkova, L. B. Nanoscale Res. Lett. 2014, 9. doi: 10.1186/1556-276x-9-284

    57. [57]

      Tian, X.; Yang, Z.; Duan, G.; Wu, A.; Gu, Z.; Zhang, L.; Chen, C.; Chai, Z.; Ge, C.; Zhou, R. Small 2017, 13 (3). doi: 10.1002/smll.201602133

    58. [58]

      Sun, Q.; Kanehira, K.; Taniguchi, A. Sci. Technol. Adv. Mater. 2018, 19 (1), 271. doi: 10.1080/14686996.2018.1444318

    59. [59]

      Vieira, L. F. A.; Lins, M. P.; Viana, I.; Dos Santos, J. E.; Smaniotto, S.; Reis, M. Nanoscale Res. Lett. 2017, 12 (1), 200. doi: 10.1186/s11671-017-1982-3

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  10
  • 文章访问数:  1267
  • HTML全文浏览量:  172
文章相关
  • 发布日期:  2020-01-15
  • 收稿日期:  2019-05-28
  • 接受日期:  2019-07-08
  • 修回日期:  2019-07-05
  • 网络出版日期:  2019-01-18
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章