纳米容器可以将物质输送到细胞中，然后在那里发挥作用。例如，目前用于对抗 的 mRNA 疫苗以及某些抗癌药物中使用的方法就是这种方法。在研究中，类似的转运蛋白也可用于将标记物质输送到细胞中，以研究基本的细胞功能。为了充分利用它们的潜力，科学家们正在深入研究纳米容器如何与生物环境相互作用，以及它们必须如何化学构建，以尽可能最温和、最可控的方式将货物输送到细胞中。

明斯特大学的科学家们最近开发出一种完全由生物成分构成的新型纳米容器。与其他货物运输工具不同，它们不是基于脂质，而是基于用蛋白质结构外壳密封的糖化合物——所谓的多肽——其厚度是精确定制的。“我们确实以合成方式生产纳米容器的成分，但它们会被细胞吸收并且——由于我们开发的整体结构——也像天然物质一样被它们降解，”化学家 Bart Jan Ravoo 教授解释说。“对于细胞内容器壳的降解，我们利用了两种自然发生的机制——因此，运输的物质一到达细胞就会迅速释放，”生物化学家沃尔克·格克教授补充道。

科学家们希望使用直径约 150 纳米的微型纳米容器为细胞装载标记的生物相关脂质，这些脂质可用于研究发生在细胞膜内的运输过程。此外，他们计划进一步开发容器的化学设计，例如，它们仅被某些类型的细胞吸收或仅在受到外部光刺激时才释放其货物。未来，由糖和蛋白质成分构建的运输系统也可能适用于生物体中的应用，以将药物特异性地输送到某些组织和细胞中。该研究发表在《高级科学》杂志上。

仿生材料自行组织，形成载货集装箱

为了合成新的货物转运蛋白，科学家们使用了糖化合物(改性环糊精)，其结构和行为与每个细胞中天然存在的某些脂质相似。与保护性细胞膜脂质类似，糖结构自行排列，形成一个外壳，其中包含要运输的物质。然而，由于生成的容器仍然存在泄漏，随着时间的推移会丢失货物，科学家们添加了蛋白质结构(多肽)，在容器周围形成密封层。“为了测试需要多厚的密封层，我们改变了肽序列的长度并对其进行了定制，以便容器稳定地封装货物，”化学博士生、该研究的两位主要作者之一的 Sharafudheen Pottanam Chali 解释说.

新开发的纳米容器背后的原理：基本糖结构(环糊精)包裹着要运输的货物(黄色圆圈)，并由多肽外壳密封。到达细胞后，天然存在的酶会降解该外壳，从而释放货物。信用：Kudruk & Pottanam Chali 等人/Adv Sci 2021(修改颜色和注释)

使用天然途径进入细胞的纳米容器

在下一步中，科学家们研究了新开发的纳米容器是否以及如何被细胞吸收。他们的假设是，这是通过所谓的内吞作用发生的。在这个过程中，细胞内化了一部分细胞膜并将其夹断，产生称为内体的小囊泡，其中细胞外物质被转运到细胞中。为了测试这一点，科学家们使用了一种已知被内吞作用吸收的糖化合物(葡聚糖)。他们用红色荧光葡聚糖处理细胞培养物，同时添加了填充绿色荧光物质(吡喃)的纳米容器。“在荧光显微镜，很明显，两种物质被同等地吸收到细胞中，并且它们的荧光明显重叠——因此我们可以得出结论，纳米容器，就像葡聚糖一样，通过内体转运过程被细胞有效地吸收，”Sergej Kudruk 解释说，生物化学博士生，也是该研究的主要作者。科学家们证实了两种不同的细胞类型——人类血管细胞和癌细胞。

容器壳被细胞内体中的酶降解

内体内部的条件与细胞环境不同，这是科学家在设计纳米容器时已经考虑的问题。他们构建容器的方式是，改变内体中的环境使多肽外壳不稳定并部分降解——因此纳米容器变得渗漏并将其货物释放到细胞内部。Sergej Kudruk 解释说：“当容器被装入内体时，两种类型的酶就会发挥作用，我们知道它们存在于内体中并且可以在特定位点促进外壳的降解。” “所谓的还原酶会降解之前建立的用于交联我们纳米容器的肽分子的二硫键——此外，