纳米颗粒表达作为报告信息的绿色荧光蛋白
研究人员利用紫外线刺激小鼠体内的纳米级“药物工厂”合成蛋白质。
科学正在迈进新的拓展领域——在适当的时间和地方，体内合成所需的药物，从而避免非靶向治疗的副作用。美国麻省理工学院丹尼尔•安德森领导的研究小组研制出纳米颗粒，它可通过紫外线的刺激产生体内所需的蛋白质。
北卡罗莱纳州北卡罗莱纳大学Zhen Gu也研究纳米颗粒的药物投递，但是没有参与这项研究。他说：“新方法需要将蛋白质拼装成囊泡结构这一分子复合体，从而让研究人员能够在空间和时间上调节蛋白质的合成，他们在任意时间开启紫外线能就控制蛋白的合成。”
通过利用脂类去封装大肠杆菌蛋白合成所需的聚合酶和其它组件，科学家研制出纳米级“蛋白质工厂”以及携带特定基因的DNA质粒。为了抑制在不当时期内转录，研究人员将光照下易分解的笼套分子添加到质粒上，这一笼套分子能抑制转录，但是在紫外线下易分解。
为了在体内测试这一原理，研究人员利用荧光素酶这一报告蛋白显像，将其以纳米囊泡的形式注射到小鼠体内。在注射部位用紫外线照射下，研究人员能够检测局部发生一阵荧光。
体内“药物工厂”的最新消息
美国田纳西州橡树岭国家实验室合成生物学家Mitchel Doktycz说：“在脂质体中的蛋白可持续表达至少10年，令人新奇的一点是，那些没有参与这项研究的人也能够调控动物体内的蛋白表达，他们也能远距离对此进行操作。”
Gu补充道：“启动开关并不限定于紫外线，如果利用不同的化学配体，其它波长的光也能够充当启动开关。”
体内“药物工厂”的重要性
许多拯救生命的药物，如化疗，不仅对靶向组织进行治疗，还可能带来对其它组织令人讨厌的毒副作用。远程调控的“蛋白质工厂”用于在特定的时间（足够多的颗粒聚集后产生药效）和空间（如肿瘤组织）内合成药物，Anderson研究小组尝试投递有效药物载荷，并在特定位点激活其药效，以致于该药物不会对所有组织施加药效。Doktycz解释道，这一投递药物的方法可尽量减少副作用，同时最大限度地提高治疗效果。
需要改进点：Anderson 称：“在这一药物工厂针对特定组织合成所需药物之前，我们还有很长的路要走，该实验只是证实原理的第一步——让蛋白表达受信号调控，然而，将来的研究仍需确认纳米颗粒以及它表达的蛋白质不会毒害无关组织却能达到正确的位置。” Gu补充道：“通过将囊泡表面装配特定蛋白，这一纳米颗粒就能成功地靶定到特定组织上。”
此外，Anderson指出，尽管当前颗粒的绝大多数物质可能是安全的，但是仍有一些是由微生物衍生的，它很可能需要转换成对人无害的替代物。最后，Doktycz称：“控制药物蛋白表达仍是问题之一，到目前为止，当药物蛋白不再需要时，还没有办法重新套牢DNA以抑制蛋白合成。这就如同一枚硬币的两面，开启是一回事，关闭是另一回事。”
Remotely activated protein-producing nanoparticles.
Schroeder A, Goldberg MS, Kastrup C, Wang Y, Jiang S, Joseph BJ, Levins CG, Kannan ST, Langer R, Anderson DG.
The development of responsive nanomaterials, nanoscale systems that actively respond to stimuli, is one general goal of nanotechnology. Here we develop nanoparticles that can be controllably triggered to synthesize proteins. The nanoparticles consist of lipid vesicles filled with the cellular machinery responsible for transcription and translation, including amino acids, ribosomes, and DNA caged with a photolabile protecting group. These particles served as nanofactories capable of producing proteins including green fluorescent protein (GFP) and enzymatically active luciferase. In vitro and in vivo, protein synthesis was spatially and temporally controllable, and could be initiated by irradiating micrometer-scale regions on the time scale of milliseconds. The ability to control protein synthesis inside nanomaterials may enable new strategies to facilitate the study of orthogonal proteins in a confined environment and for remotely activated drug delivery.
