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相比于众多传统的高分子药物载体,树枝状大分子聚合物聚酰胺胺(PAMAM)具有很多特有的优势,它的表面连有大量的官能团,经过修饰可以连接更多的药物分子;其次,在空间上呈球状分布的高代数树枝状PAMAM大分子,内部存在着较大的孔腔,这些孔腔可以包埋药物分子。因此越来越多的研究人员着手研究PAMAM作为药物载体的应用,然而由于研究手段的空间和时间分辨率限制,作为药物载体进入细胞的第一步——跨膜过程并不是很清楚。在此,我们利用基于原子力显微镜(AFM)的单分子力示踪技术(可以测量皮牛级的力和微秒量级的动态过程)对单个第五代树枝状化合物分子(G5-PAMAM)进入细胞的跨膜动态过程进行研究。我们实时记录了单个PAMAM进入活细胞的动态过程,测量到跨膜力的大小及其进入细胞所需的时间,并研究了其进入细胞的内吞机制。本研究将为PAMAM作为药物载体的应用提供更多的理论基础,对生物医学领域有重要意义。研究取得进展如下:1.本研究记录了单个G5-PAMAM进入活细胞的动态过程,测量到跨膜力的大小及其进入细胞所需要的时间。G5-PAMAM纳米粒子与细胞作用的内吞力的范围是50pN至425 pN,其平均的作用力是172±74 pN,进入细胞内所需时间的范围是2.5 ms至65 ms,平均值为19±11 ms。2.另外,本研究还揭示了G5-PAMAM进入细胞的内吞机制。不仅用力示踪技术在单分子水平上做了对照和阻碍实验,而且也通过激光共聚焦显微镜量化了相对于对照实验(未用阻碍试剂处理)而言用阻碍试剂预处理后的细胞内G5-PAMAM粒子的平均荧光强度。值得注意的是,两种实验方法得出的结论一致。非洲绿猴肾细胞(Vero)内吞G5-PAMAM通过小窝蛋白和网格蛋白介导的内吞及巨胞饮方式(网格蛋白及巨胞饮为主)完成,其中网格蛋白介导和巨胞饮是主要的途径。