新技术用磁场控制细胞信号途径

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通常，研究人员都是用药物、化学试剂来控制细胞信号途径的。但是现在，研究人员能够用磁场来控制细胞信号途径。

  

来自美国波士顿儿童医院的研究人员开发出一种新的纳米生物技术，该技术能够利用磁场在细胞水平上控制信号途径。这项研究的结果12月23日在线发表于《自然—纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上。

  

波士顿儿童医院的Don Ingber博士和Robert Mannix博士与哈佛大学的Mara Prentiss博士，合作研究使得直径30纳米的微珠与细胞表面的受体分子相结合。

  

当处于磁场中时，这些珠子就变成了磁铁并通过磁力相互吸引。这种吸引力拽着细胞的受体形成一大簇——这种情况就类似药物或其他分子与之结合时的发生的情况一样。进而，这种“簇化”活化了这种受体，从而启动影响不同细胞功能的生物化学信号级联。

  

这种技术将可能导致开发出能够控制药物释放或生理过程（如心率和肌肉收缩）的非侵入性方法。更重要的是，这代表了首次利用磁学原理来控制特定的细胞信号途径系统，通常情况下，这些信号途径是通过激素或其他天然分子来控制的。

  

研究人员表示，这种技术使我们能够通过磁力而不是化合物或激素来控制活细胞的行为。该研究为将来使用人－机界面控制药物传递开辟了新的方法。

  

在利用肥大细胞进行的实验中，Ingber等人证实这种磁珠在结合细胞受体并置于磁场时能够刺激钙粒子流入细胞内。

  

这种30纳米的珠子是最佳的晶体结构，使其成为超级磁铁，能够反复磁化和去磁性。

  

这种珠子能够通过预先链接其上的抗原与肥大细胞受体结合。这些抗原能与受体结合——这个过程类似于免疫系统中的抗体与抗原结合过程。

  

研究人员也发现，电刺激也曾用来影响神经细胞的活动，但是它在原本不带电的细胞中不起作用。“纳米磁”控制系统的优势在于，它能够用于各种类型的细胞，还可以即时控制，而不像激素和化学药品那样需要数分钟乃至数小时才起作用，而且会残留在体内。此外，磁体非常轻便，只需要很低的电力，因此可适用于军队和其它需要移动的场合。

  

Ingber预想，可以制造一种起搏器，先将纳米颗粒注射进入心脏，然后再通过磁场来控制。“你可以让磁力透过皮肤来使这些细胞起反应，而不必进行外科移植手术或装入金属线。”

  

Ingber进一步表示，你也可以在你身体不同部位的肌肉中注入起搏器，也可以注入一个产生激素或胰岛素的起搏器。如果你是糖尿病患者，你可以让皮肤之下的细胞产生胰岛素，然后注入结合这些细胞的纳米颗粒，接着当你用餐之后，需要更多的胰岛素时，你就可以用磁体来促使细胞产生更多的胰岛素。这样你就无需购买药品和注射它们。

  

Ingber说，这个纳米磁系统也可以和外界的设备和电脑进行控制连接，这些设备和电脑能够读取身体或周围环境的信息，并且在需要的时候激活磁体。例如糖尿病患者，可以使用透皮贴剂的葡萄糖检测计，这个检测计同时也产生胰岛素。在新生儿加护病房，可以检测生病的新生儿的心跳和呼吸速率，以及她们的细胞磁场对刺激作出的反应。这个过程无需电线和探头。或者在战场中，当感受到环境的毒素或其它可传染的物质时，磁体可以触发产生解毒剂。

  

但上述例子仅仅是理论上的。Ingber说，因为我们开创了一种全新的领域，所以还很难说清楚具体的应用。

  

纳米科技是一种微观世界的科学技术，而纳米技术在生命科学领域的应用则是近年来研究的一个热点领域。此前，瑞士苏黎世研究实验室的研究人员研制出了一种纳米DNA装置，也可以称为纳米机器人或微型机器人。他们把一股DNA链固定到一个超微固体（软片）上，然后把它放到实验器皿内，后者里面装有另外的与超微固体上的DNA相互补的DNA链。根据DNA链互补原理，如果两股DNA链能互补，它们就形成双螺旋结构。在两股DNA结合形成双螺旋时，便使得这一超微固体弯曲，产生足够的分子能量。

  

根据这个原理，被固定在某种超微装置上的DNA链能与人相应的DNA分子形成互补，我们就可以利用它去识别癌细胞，从而在癌症只有分子水平和几个细胞大小时就能早日诊断出来，为早防早治打下良好基础。同时，如果在固定的DNA链上连接上杀癌的药物胶囊，放到病人血液和组织内，一遇上癌细胞的DNA时，DNA链就与癌细胞的DNA结合。这时，药物开关受触发而开放，药物便释放出来，杀灭癌细胞。这是迄今正在进行试验的纳米医学技术。

  

另外，值得一提的是，2004年我国第一项纳米医药产品纳米人工骨清华诞生。经过1年零4个月、近300例的人体临床实验，由清华大学材料系崔福斋教授课题组研制成功的纳米人工骨日前获得国家食品药品监督管理局的三类植入产品试生产注册证，成为我国首个可以在市场上公开销售和应用的纳米医药产品。

  

纳米人工骨（NB系列纳米晶胶原基骨材料）是国家“863”、“973”支持的攻关项目，是崔福斋教授课题组在对人骨骨痂和胚胎骨的分级结构和生物矿化过程的多年研究基础上发明的新型骨材料。它与原有传统人工骨材料的最大区别在于，修复后的骨头和人体骨完全一样，不会在体内留下植入物。它仿照人类的骨头生成的机理，采用自组装方法制备纳米晶羟基磷灰石或胶原复合的生物硬组织修复材料，使复合材料具有纳米级别的天然骨分级结构和天然骨的多孔结构。