许多疾病是由体细胞信号通路缺陷引起的。未来，生物活性纳米胶囊可能成为医学控制这些途径的宝贵工具。巴塞尔大学的研究人员朝着这个方向迈出了重要的一步：他们成功地让几种不同的纳米胶囊协同工作，以放大自然信号级联并影响细胞行为。

细胞不断地相互交流，并有办法接收信号并处理它们——类似于人类需要耳朵来听到声音和语言知识来处理它们的含义。控制细胞自身的信号通路对于医学治疗各种疾病具有重要意义。

巴塞尔大学化学系和 NCCR 分子系统工程的一个研究小组开发了可能适用于此目的的生物活性材料。为了实现这一目标，Cornelia Palivan 教授领导的研究人员将纳米材料与天然分子和细胞相结合。

在ACS Nano杂志上，他们现在报告了酶加载的纳米胶囊如何进入细胞并整合到它们的天然信号传递过程中。通过在功能上耦合几个纳米胶囊，它们能够放大自然信号通路。

保护货物

为了保护酶在细胞环境中不被降解，研究团队将它们装入聚合物小胶囊中。分子可以通过专门插入其合成壁中的生物孔进入隔室，并与内部的酶反应。

研究人员对含有不同酶的纳米胶囊进行了实验，这些酶协同工作：第一个酶促反应的产物进入第二个胶囊并在里面开始第二个反应。这些纳米胶囊可以持续运行数天，并积极参与哺乳动物细胞的自然反应。

微型扬声器和耳朵

细胞接收和处理的众多信号之一是一氧化氮 (NO)。这是一种经过充分研究的细胞机制，因为 NO 信号通路的缺陷与心血管疾病的发生有关，但也与肌肉和视网膜营养不良有关。该途径包括通过称为一氧化氮合酶 (NOS) 的酶家族产生 NO。然后 NO 可以扩散到其他细胞，在那里它被另一种称为可溶性鸟苷酸环化酶 (sGC) 的酶感知。sGC 的激活会启动级联反应，调节多种不同的过程，例如平滑肌松弛和感觉细胞对光的处理等。

Palivan 领导的研究人员生产了含有 NOS 和 sGC 的胶囊，它们天然存在于细胞中，但浓度要低得多：NOS 胶囊产生 NO，其作用类似于扬声器，大声而清晰地“喊出”它们的信号;sGC 胶囊充当“耳朵”，感知和处理信号以放大响应。

使用取决于 sGC 作用的细胞内钙浓度作为指标，科学家们表明，NOS 和 sGC 负载胶囊的组合使细胞更具反应性，细胞内钙水平增加了 8 倍.

酶替代疗法的新策略

“这是一种通过将纳米科学与生物分子相结合来刺激细胞生理学发生这种变化的新策略，”该研究的第一作者 Andrea Belluati 博士评论道。“我们只需要将我们的载酶胶囊与细胞一起孵育，它们就可以立即采取行动”。

“这一概念验证是酶替代疗法领域的重要一步，用于治疗生化途径发生故障的疾病，例如心血管疾病或几种营养不良，”Cornelia Palivan 补充道。