图片说明：由不同尺寸的相同物质构成的量子点，会发出不同颜色的光。
（图片来源：Xiaohu Gao, University of Washington）
15年前，科学家发现了一种阻碍基因表达路径的方法——RNA干扰（简称RNAi）。这项荣膺2006年诺贝尔奖的发现承载着医学科学的迫切希望，它可以通过沉默基因来阻碍特定蛋白制造，从而达到疾病治疗的效果。不过到目前为止，RNA干扰技术很难在活体细胞中取得应用。
美国华盛顿大学和埃默里大学科学家的一项最新研究，首次成功利用“量子点”（quantum dots）技术解决了这一问题。研究证实，新技术向细胞内导入小分子干扰RNA（siRNA）的效率是现有方法的10至20倍。相关论文在线发表于《美国化学会志》（
JACS）。
论文作者之一、华盛顿大学助理教授Xiaohu Gao说，“我们相信这会对siRNA输运领域产生重要影响。”另一位作者、佐治亚理工和埃默里大学教授聂书明也认为，“新的工作有助于攻克siRNA领域长期以来的一大障碍——如何在低毒性下高效地沉默基因。”
量子点即半导体荧光纳米球，具有特殊光学性质，它们能够按照尺寸发出不同颜色的光，因此被用于细胞成像、太阳能电池和发光二极管中。在最新研究中，科学家让直径6纳米的量子点与siRNA复合体结合，带正电荷的“质子海绵”（proton sponges）围绕在每个量子点的周围。而新方法的关键就是，研究人员可以调整量子点表层质子海绵的化学组成，从而精确控制量子点与siRNA的结合紧密度。
研究表明，在没有量子点的情况下，携带负电荷的siRNA无法进入细胞；而有量子点陪同时，带弱电的siRNA复合体能够穿过细胞膜，并且摆脱内涵体（包裹进入细胞物质的脂肪泡），从而在细胞液中积累，实现阻断蛋白制造的工作。
研究人员发现，实验中当通过量子点输运siRNA时，细胞内一种蛋白的生产可以降低到正常水平的2%。相比之下，用三种商业试剂或其他促反应物质来输运siRNA时，该蛋白的生产为正常水平的13%至51%。
图片说明：导入量子点-siRNA复合体15分钟和1小时的细胞图像。可以看到，前者主要集中在细胞中，后者已经分散到整个细胞液中。（图片来源：University of Washington）
除了更高效地实现基因沉默，新技术的另一个重要方面就是荧光量子点可以让科学家观测siRNA在细胞内的运动。此前的示踪剂发光时间不超过一分钟，而用于细胞成像的量子点每次发光时间可达到一小时。在最新实验中，研究人员能够对siRNA路径进行多个小时的观测追踪。
此外，新方法对细胞的毒性也比现有化学物质弱10倍。不过，量子点为何比现有技术更加有效，其原因还是个谜。Xiaohu Gao表示，“我们认为这种改进是由逃脱内涵体以及量子点与siRNA分离的能力引起的。”
由于美国食品与药物管理局（FDA）没有批准量子点可以用于人体，研究人员正在试图将新技术“移植”到铁氧化物粒子上来。聂书明表示，“展望未来，这项工作对活体siRNA疗法具有重要意义——活体siRNA疗法将需要无毒的铁氧化物和生物降解聚合物运载体，而非量子点。”（科学网 任霄鹏/编译）
（《美国化学会志》（
JACS），10.1021/ja800086u，Maksym V. Yezhelyev, Lifeng Qi, Ruth M. O’Regan, Shuming Nie, and Xiaohu Gao）
更多阅读
