氧化石墨烯与癌细胞和非癌细胞相互作用的差异性机制及其在癌症治疗中的潜在应用

为解决氧化石墨烯(GO)在生物医学应用中与不同类型细胞相互作用机制不明确的问题，研究人员系统研究了GO在8种癌细胞和5种非癌细胞中的摄取差异。通过结合共聚焦显微镜(CLSM)、透射电镜(TEM)和流式细胞术，发现GO在非癌细胞中高效内化，而在癌细胞中主要与质膜相互作用，并破坏癌细胞肌动蛋白骨架，抑制其迁移能力。这一发现为GO在癌症治疗中的选择性应用提供了重要依据。

　　

氧化石墨烯(GO)因其优异的生物相容性和载药潜力，在癌症治疗等领域备受关注。然而，GO与不同类型细胞的相互作用机制仍存在诸多争议。此前研究多局限于单一细胞类型或依赖标记方法，且不同研究结果相互矛盾。更重要的是，GO在癌细胞和非癌细胞中的摄取差异及其潜在机制尚不明确，这严重限制了其在癌症靶向治疗中的应用。

为解决这些问题，英国曼彻斯特大学等机构的研究人员Yingxian Chen、Sandra Vranic等开展了一项系统性研究。他们采用未标记的GO薄片，通过共聚焦显微镜(CLSM)、透射电镜(TEM)和流式细胞术等多种技术，比较了GO在8种癌细胞和5种非癌细胞中的相互作用。研究发现，非癌细胞能高效内化GO，而GO在癌细胞中主要与质膜相互作用，极少被内化。进一步研究表明，GO的薄片特性在这一差异中起关键作用，并能特异性破坏癌细胞的肌动蛋白(actin)骨架，抑制其迁移能力。这些发现为理解GO的细胞选择性相互作用提供了新见解，并为开发基于GO的癌症治疗策略奠定了基础。相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：1) 使用不同尺寸的GO薄片(l-GO、s-GO和us-GO)进行研究；2) 通过CLSM、TEM和流式细胞术多技术联用分析细胞与GO的相互作用；3) 采用13种细胞系(8种癌细胞和5种非癌细胞)进行系统比较；4) 通过肌动蛋白染色和活细胞追踪技术评估GO对细胞骨架和迁移的影响。

结果部分：

GO与癌细胞和非癌细胞的相互作用
通过CLSM观察发现，GO在非癌细胞(BEAS-2B、NIH/3T3等)中形成明显的胞内红色信号，表明被有效内化；而在癌细胞(HeLa、A549等)中，GO信号主要分布在细胞膜周围，极少进入胞内。TEM结果进一步证实了这一差异：非癌细胞胞内可见GO囊泡，而癌细胞中GO主要附着在质膜上，仅极少数细胞含有少量内化的GO。

其他纳米材料与细胞的相互作用
为探究GO特异性相互作用的机制，研究人员比较了不同纳米材料(聚苯乙烯微球和石墨烯薄片)的细胞摄取。结果显示，癌细胞和非癌细胞都能内化这些材料，表明癌细胞的内化能力并未普遍受损。值得注意的是，带正电的小尺寸材料在两种细胞中都被更好地内化，但这一规律不适用于GO。

GO对内吞相关生物学特性的影响
肌动蛋白染色显示，GO能显著降低癌细胞中肌动蛋白纤维的密度，但对非癌细胞影响较小。活细胞追踪实验进一步发现，GO处理使癌细胞的迁移速度降低50.5%，而对非癌细胞速度仅降低8%。这些结果表明，GO通过干扰癌细胞的肌动蛋白骨架，特异性抑制其迁移能力。

结论与讨论
该研究首次系统揭示了GO与癌细胞和非癌细胞相互作用的显著差异：GO在非癌细胞中高效内化，而在癌细胞中主要与质膜相互作用。这种差异与GO的薄片特性密切相关，且GO能特异性破坏癌细胞的肌动蛋白骨架，抑制其迁移。这些发现不仅解决了此前关于GO细胞摄取研究的争议，还为开发基于GO的癌症治疗策略提供了新思路——利用GO对癌细胞的特异性膜相互作用和细胞骨架干扰效应，可能实现更精准的癌症治疗。

这项研究的创新性在于：1) 采用多技术联用和多种细胞系进行系统比较；2) 使用未标记的GO以避免标记干扰；3) 揭示了GO厚度在细胞选择性相互作用中的关键作用；4) 发现了GO对癌细胞肌动蛋白骨架的特异性影响。未来研究可进一步探索GO与癌细胞膜相互作用的分子机制，以及如何利用这一特性开发新型抗癌疗法。