王寬垠 曹國(guó)祥 蘭曉莉 覃春霞

納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。金納米結(jié)構(gòu)作為最有前景的納米材料之一，其粒子直徑為1～100 nm，常見形態(tài)有球狀、棒狀、星狀、籠狀等[1]，具有導(dǎo)電性、易制備性、生物相容性、易于修飾等優(yōu)點(diǎn)。金納米顆粒可作為低排異性的載體，承載靶向藥物、酶等活性物質(zhì)；因其具有金屬離子性，能夠與自由基或過氧化氫結(jié)合，提高抗氧化酶的活性，表現(xiàn)出抗氧化效應(yīng)[2]；還能降低腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的表達(dá)，起到抗炎效應(yīng)[3]。金納米顆粒應(yīng)用于急性心肌梗死(AMI)治療領(lǐng)域的研究主要集中在直接應(yīng)用及心臟組織工程這兩個(gè)方面。

1 金納米顆粒直接應(yīng)用于AMI的治療

1.1 作為遞送載體

Huo等[4]發(fā)現(xiàn)金納米顆粒能夠?qū)⑺幬飻y帶到深層組織中，從而增加作用組織的藥物濃度。Lin等[5]發(fā)現(xiàn)金納米顆粒對(duì)細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層有很好的穿透力，可加速負(fù)載藥物的跨膜運(yùn)輸，促進(jìn)藥物的溶解和滲透。Somasuntharam等[6]應(yīng)用金納米顆粒將TNF-α特異性脫氧核酶遞送至心肌細(xì)胞；心肌細(xì)胞能夠攝取并保留金納米脫氧核酶遞送系統(tǒng)至少3 d，從而緩解AMI模型大鼠心肌組織的炎性反應(yīng)。Chang等[7]研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)載轉(zhuǎn)錄因子Gata4、Mef2c、Tbx5的金納米復(fù)合物能夠直接有效地在體外誘導(dǎo)小鼠的成纖維細(xì)胞重新編程為心肌細(xì)胞，在復(fù)合物處理后的人成纖維細(xì)胞中可觀察到肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)，心肌細(xì)胞特異性基因HAND2、ANP、MYH6等表達(dá)顯著上調(diào)，該復(fù)合物能夠顯著降低AMI小鼠梗死心肌及瘢痕心肌的面積，修復(fù)受損心肌的收縮功能。金納米顆粒作為載體，排異反應(yīng)弱，穿透力強(qiáng)，可在心肌細(xì)胞內(nèi)滯留3 d，協(xié)助藥物發(fā)揮療效。

1.2 降低AMI標(biāo)志物

Bakir等[8]使用異丙腎上腺素(ISO)誘導(dǎo)大鼠AMI模型，大鼠體內(nèi)谷胱甘肽還原酶(GRx)和超氧化物歧化酶 (SOD) 活性下降，AMI標(biāo)志物如肌酸磷酸激酶(CPK)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)、肌鈣蛋白等指標(biāo)升高；在予以大鼠腹腔注射金納米顆粒或金納米與藍(lán)細(xì)菌提取物的混合物后，大鼠GRx及SOD活性顯著增高，AMI標(biāo)志物水平顯著下降，心電圖升高的ST段及QT段降低，同時(shí)抑制ISO引起的動(dòng)脈壓指數(shù)下降；金納米聯(lián)合藍(lán)細(xì)菌提取物的療效優(yōu)于單獨(dú)使用金納米顆粒的療效。Ibrar 等[9]將金納米顆粒與多花芍藥提取物結(jié)合用于治療ISO誘導(dǎo)的AMI模型小鼠和泊洛沙姆誘導(dǎo)的高血脂模型小鼠，發(fā)現(xiàn)金納米顆粒能夠顯著降低血脂及血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶和CPK，減少DNA的損傷，還能增強(qiáng)多花芍藥提取物的藥效。以上研究表明金納米顆粒具有生物相容性、抗氧化性、抗炎性等特性，對(duì)改善心肌梗死后的炎性反應(yīng)有一定作用，在與藍(lán)細(xì)菌提取物、多花芍藥提取物等生物活性物質(zhì)結(jié)合后，協(xié)同療效更為突出。

1.3 改善損傷心肌結(jié)構(gòu)

金納米顆粒對(duì)正常的心臟結(jié)構(gòu)和功能沒有影響，但在梗死心肌組織中，金納米顆粒能夠在一定程度上抑制心肌局部的炎性反應(yīng)，延緩心肌結(jié)構(gòu)的不可逆損傷。Ahmed等[10]研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射金納米顆粒對(duì)ISO誘導(dǎo)的大鼠AMI模型有心肌保護(hù)作用，同時(shí)抑制心肌及血管周圍的纖維增生。Tian等[3]綜合評(píng)估了金納米顆粒對(duì)小鼠AMI的作用，金納米顆粒在梗死部位大量聚集，可降低Ⅰ型膠原蛋白和Ⅲ型膠原蛋白的mRNA表達(dá)、抑制膠原沉積，縮小梗死面積，改善心臟收縮功能。

2 金納米顆粒應(yīng)用于心臟組織工程

心臟組織工程技術(shù)指人工構(gòu)建心肌組織，植入受損心肌部位，從而在一定程度上改善心臟功能。心臟組織工程主要分為3步，包括獲取種子細(xì)胞、制備支架材料、體外構(gòu)建人工心肌組織。組織工程技術(shù)的目的在于最大程度地修復(fù)損傷心肌的收縮功能，這要求承載種子細(xì)胞的材料具有彈性及延展性、穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度，還要能起到聯(lián)動(dòng)周圍心肌的作用[11]。研究者們應(yīng)用金納米顆粒制備支架材料，其中常用的支架材料可按性狀分為纖維材料及凝膠材料[12]。

2.1 金納米顆粒與纖維材料結(jié)合

金納米顆粒在纖維材料中不僅可以輔助形成化學(xué)鍵，改善纖維支架的物理性能，還能夠增強(qiáng)支架的電傳導(dǎo)性，支持心肌細(xì)胞間電信號(hào)傳導(dǎo)。Ravichandran等[13]研究發(fā)現(xiàn)，金納米顆粒與半胱氨酸-34游離的巰基單元形成了穩(wěn)定的金硫(Au-S)鍵，并進(jìn)一步相互交聯(lián)，穩(wěn)定聚乙烯醇納米纖維支架，起到增強(qiáng)纖維支架的彈性及機(jī)械強(qiáng)度的作用，金納米顆粒及5-氮胞苷的協(xié)同反應(yīng)促進(jìn)肌動(dòng)蛋白、肌鈣蛋白T、連接蛋白的表達(dá)。金納米顆粒具有電傳導(dǎo)特性，有學(xué)者將其應(yīng)用于組織工程支架。Fleischer等[14]將金納米顆粒與電紡纖維結(jié)合在一起，作為培養(yǎng)心肌細(xì)胞的載體，金納米顆粒誘導(dǎo)形態(tài)正常的心肌組織的快速形成，能夠增強(qiáng)心肌細(xì)胞之間的電傳導(dǎo)，抑制心肌細(xì)胞變性。Shevach等[15]將心肌細(xì)胞接種在金納米顆粒與纖維狀脫細(xì)胞網(wǎng)膜基質(zhì)結(jié)合形成的雜交支架上，心肌細(xì)胞之間可對(duì)齊定位，電信號(hào)快速各向異性傳導(dǎo)，心肌組織收縮能力更強(qiáng)。

2.2 金納米顆粒與凝膠材料結(jié)合

凝膠材料具有韌性、流變性、可降解性，其三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與心肌細(xì)胞融合性良好[16]，與原有心肌貼合緊密。辛慧慧等[17]將金納米星與鼠尾膠原(Ⅰ型膠原蛋白)制備成復(fù)合基質(zhì)材料，金納米星獨(dú)特的形狀有助于體外心肌組織附著細(xì)胞的黏附生長(zhǎng)，復(fù)合基質(zhì)材料可提高Bcl-2/Bax比值，起到拮抗氧化應(yīng)激損傷的作用。Navaei等[18]在明膠甲基丙烯酸酯中包埋紫外交聯(lián)金納米棒，制備出混合水凝膠，接種在其上的心肌細(xì)胞活性及代謝能力均保持良好，細(xì)胞連接緊密，F(xiàn)肌動(dòng)蛋白纖維數(shù)量增加，同時(shí)可檢測(cè)到細(xì)胞間鈣離子流動(dòng)。金納米棒可起到增強(qiáng)導(dǎo)電性，提升機(jī)械強(qiáng)度和材料結(jié)構(gòu)完整性的作用，對(duì)心肌細(xì)胞的功能有著明顯促進(jìn)作用。Baei等[19]使用殼聚糖與金納米顆粒結(jié)合形成熱敏導(dǎo)電水凝膠，金納米顆粒均勻分散在殼聚糖基質(zhì)中，該混合支架支持間充質(zhì)干細(xì)胞的存活、代謝、遷移、增殖、分化。與單純殼聚糖相比，結(jié)合金納米顆粒的混合材料的人工心肌性能更好。不僅如此，還可通過調(diào)整金納米顆粒的濃度而控制水凝膠的電導(dǎo)率和膠凝作用。

金納米顆粒可用于心肌組織工程中支架材料的構(gòu)建，具有提升人工心肌的收縮能力、與巰基形成Au-S 鍵以增強(qiáng)支架材料的機(jī)械強(qiáng)度及保存心肌細(xì)胞活性等優(yōu)點(diǎn)。

3 檢測(cè)AMI標(biāo)志物作用

電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器是利用電化學(xué)發(fā)光技術(shù)與免疫分析方法相結(jié)合的一種高靈敏度高選擇性生物傳感器。由于金納米顆粒的生物載體特性及優(yōu)良的導(dǎo)電性，研究者們主要將其應(yīng)用于電化學(xué)發(fā)光電極，與待測(cè)標(biāo)志物的特異性抗體結(jié)合后，構(gòu)建出多種電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器，在體外對(duì)AMI標(biāo)志物如肌鈣蛋白I[20]、肌鈣蛋白T[21]、肌酸激酶[22]、肌紅蛋白[23]等進(jìn)行早期快速特異性檢測(cè)。Kwon等[24]研究發(fā)現(xiàn)，金納米顆粒與生物探針通過化學(xué)吸附或游離的方式形成協(xié)調(diào)組裝復(fù)合體，該復(fù)合體比單一生物探針能更快形成明顯的光信號(hào)，可用于高精度快速測(cè)定免疫活性物質(zhì)，如肌鈣蛋白I、抗丙型肝炎病毒抗體。Qian等[25]使用金納米顆粒結(jié)合檢測(cè)肌鈣蛋白I的負(fù)載材料鈀-二氧化錳及氧化探針甲苯胺藍(lán)構(gòu)建電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器，金納米顆?？墒狗磻?yīng)過程中的電子轉(zhuǎn)移加速，提高峰值電流，該電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器與酶聯(lián)免疫吸附方法測(cè)定結(jié)果之間的相關(guān)性較高。

4 小結(jié)

金納米顆粒的應(yīng)用為AMI的診斷和治療提供了新的手段，有望通過修飾金納米顆粒，構(gòu)建集搭載活性藥物、增強(qiáng)人工支架性能等功能為一體的新型治療器械。目前對(duì)金納米顆粒治療AMI的研究還局限在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)層面，對(duì)其發(fā)揮療效的確切機(jī)制尚待深入研究。