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在纳米材料用于生物医学时，生物分子冠（BC）形成机制不明且影响未知。研究人员开展了外泌体冠形成的研究，发现 Fmoc-Lys 纳米材料（NMs）与外泌体（Exos）相互作用可形成外泌体冠，降低纳米毒性，为纳米材料生物医学应用提供新方向。
纳米技术在生物医学领域的发展日新月异，纳米材料凭借独特的光学、磁性和电学特性，成为生物医学应用的热门研究对象。其中，基于肽的纳米材料（NMs）因结构功能多样、生物相容性好等优势备受关注，尤其是 Fmoc - 赖氨酸（Fmoc-Lys）修饰的纳米材料，自组装动力学快，在细胞培养、药物递送等方面潜力巨大。然而，纳米材料在生物体内并非 “孤立存在”。当它们接触生物流体时，会迅速被生物分子包裹，形成生物分子冠（BC）。这一过程不仅影响纳米材料的稳定性、分布，还会改变其与细胞和组织的相互作用，进而影响纳米材料的治疗效果。尽管蛋白质冠的研究已取得一定进展，但对于外泌体（Exos）在生物分子冠形成中的作用，科学界知之甚少。外泌体作为细胞间通讯的重要媒介，广泛存在于生物流体中，其在纳米材料表面形成的特殊冠结构 —— 外泌体冠，可能对纳米材料的生物学功能产生深远影响。为了填补这一知识空白，来自土耳其阿克萨赖大学（Aksaray University）和德国美因茨大学医学中心（University Medical Center Mainz）等机构的研究人员开展了相关研究。
研究人员首先合成了基于 Fmoc-Lys 的纳米材料，并运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）等技术对其进行表征。结果显示，合成的 Fmoc-Lys 纳米材料呈均匀圆形，尺寸均一，在水溶液中的水动力尺寸大于干燥状态下的尺寸，且具有良好的单分散性。对于分离得到的细胞外囊泡，经鉴定其粒径在 40 - 150nm 之间，符合外泌体特征。
接着，研究人员进行了 Fmoc-Lys 纳米材料与外泌体的相互作用研究。他们在不同 pH 值和纳米颗粒浓度下，将 Fmoc-Lys 纳米材料、无定形二氧化硅纳米颗粒（SiNPs，作为对照）与外泌体共同孵育，随后测量 zeta 电位和 zeta 尺寸。结果发现，Fmoc-Lys 纳米材料与外泌体孵育后，zeta 电位由正转负，尺寸增大，表明二者发生了相互作用并形成了外泌体冠，且在酸性 pH 条件下相互作用增强。相比之下，SiNPs 与外泌体孵育后，zeta 电位虽变得更正向，但整体仍为负，且未观察到聚集现象。综合结果表明，Fmoc-Lys 纳米材料与外泌体主要基于静电相互作用形成外泌体冠，且低浓度纳米颗粒即可使外泌体冠达到最大厚度。
在胶体稳定性研究中，研究人员将 Fmoc-Lys 纳米材料 - 外泌体复合物、SiNPs - 外泌体复合物和外泌体分别溶解在 PBS 缓冲液中，72 小时后测量 zeta 电位和尺寸。结果显示，Fmoc-Lys - Exo 复合物比 SiNP - Exo 结构更稳定，同时外泌体在孵育 72 小时后尺寸有所增加，可能是由于其发生了聚集。
细胞活力实验是本次研究的关键环节。研究人员选用头颈部癌细胞系 FaDu 和 HeLa 细胞，分别用 Fmoc-Lys 纳米材料、纳米材料 - 外泌体复合物处理细胞，并用 Alamar Blue 法检测细胞活力。结果表明，在血清存在时，Fmoc-Lys 纳米材料生物相容性高，细胞毒性低；但血清剥夺后，细胞毒性显著增加。而纳米材料 - 外泌体复合物能够显著降低纳米材料对 FaDu 细胞的毒性，尤其是在高浓度 Fmoc-Lys 纳米材料处理时，细胞活力明显提高。对于 SiNPs，外泌体冠的形成使其细胞活力从低于 10% 提升至 55 - 68%，进一步证明外泌体冠可有效降低纳米材料的细胞毒性。
综上所述，该研究首次提供了纳米材料周围外泌体冠形成的实验证据。外泌体冠的形成改变了纳米材料的表面形态和分子组成，影响了其尺寸、zeta 电位，并显著降低了纳米材料的细胞毒性。这一研究成果为纳米材料在生物医学领域的应用开辟了新的方向，有望通过调控外泌体冠的形成，优化纳米材料的性能，提高其治疗效果，同时减少纳米材料的毒副作用。未来研究可进一步从非恶性细胞来源的外泌体、外泌体冠的详细成分分析以及体内实验等方面深入探索，推动纳米材料在生物医学领域的实际应用。
本研究主要采用了以下关键技术方法：
- 纳米材料合成：通过 Fmoc-Lys 与戊二醛的自组装反应合成 Fmoc-Lys 纳米材料。
- 材料表征技术：运用 SEM、TEM 观察纳米材料的形貌和尺寸；利用 DLS 测量纳米材料、外泌体及复合物的水动力直径和 zeta 电位；采用 ATR-FTIR 分析纳米材料的分子组成。
- 外泌体分离：从 FaDu 和 HeLa 细胞培养上清中，通过差速离心法分离外泌体。
- 细胞实验：以 FaDu 和 HeLa 细胞为模型，采用 Alamar Blue 法检测细胞活力。
研究结果
- Fmoc-Lysine 纳米材料和外泌体的表征：SEM 和 TEM 图像显示 Fmoc-Lys 纳米材料呈均匀圆形，尺寸均一。DLS 测量表明其在水溶液中的水动力尺寸大于干燥状态下的尺寸。ATR-FTIR 分析证实了外泌体冠结构在 Fmoc-Lys 纳米材料上的形成。
- Fmoc-Lys 纳米材料和外泌体的相互作用：Fmoc-Lys 纳米材料与外泌体孵育后，zeta 电位由正转负，尺寸增大，在酸性 pH 条件下相互作用增强。SiNPs 与外泌体孵育后，zeta 电位更正向，但整体仍为负，且未观察到聚集现象。
- 胶体稳定性：Fmoc-Lys - Exo 复合物比 SiNP - Exo 结构更稳定，外泌体孵育 72 小时后尺寸增加。
- 细胞活力：Fmoc-Lys 纳米材料在血清存在时细胞毒性低，血清剥夺后毒性增加。纳米材料 - 外泌体复合物可显著降低纳米材料对 FaDu 细胞的毒性，SiNPs - 外泌体复合物同样能提高细胞活力。
研究结论和讨论部分强调了外泌体冠形成对纳米材料在生物医学应用中的重要意义。外泌体冠的形成改变了纳米材料的多种性质，降低了纳米材料的细胞毒性，为纳米材料的优化设计和生物医学应用提供了新的思路。但研究也存在局限性，如外泌体来源于癌细胞，可能无法代表生理状态下的外泌体群体。未来研究可从更广泛的细胞来源获取外泌体，深入分析外泌体冠的成分及其对纳米材料功能的影响，并开展体内实验，进一步推动纳米材料在生物医学领域的发展。
