CPPs 這些神奇的肽類,如何實現高效的細胞內部運輸?

多肽穿透肽(CPPs)被廣泛認為是細胞內輸送和分子轉運的關鍵工具。這些短肽不僅可以促進納米大小微粒的胞內導入,還能傳遞小分子化合物,甚至是大段的DNA碎片。CPPs通常通過與其運送的“貨物”之間的共價鍵或非共價互動來實現其運輸功能。

CPPs以不同的大小、氨基酸序列和電荷設計,但所有的CPPs都能夠穿透細胞膜並促進各種分子貨物向細胞質或細胞器的輸送。

CPPs的工作機制

目前對CPPs的主要應用限於医学和研究領域,然而,CPPs的細胞特異性不足以及對其攝取模式了解不足限制了其發展。現有的其他遞送機制還包括CellSqueeze和電穿孔技術。

直接穿透

早期研究表明,多陽離子CPP通過細胞膜的轉運是一種不依賴於能量的過程,這一過程可以在4 °C下進行。研究者們提出了多種模型以澄清這一生物物理過程。雖然有研究表明,CPP在某些系統中的直接作用可能改變了膜的物理性質,但這些觀察結果促使學者們重新評估CPP的進口機制。

CPP促进膜结构的瞬时波动,可能是众多膜蛋白功能的核心。

內吞作用轉運

內吞作用是細胞吞噬外部物質的過程,這一過程中細胞膜向內折疊以將物質帶入細胞。許多研究表明,CPPs的內化可以通過不同的內吞途徑發生,其中TAT色氨酸的內化就涉及這一過程。

瞬時結構轉運

第三種轉運機制基於倒置微胞的形成。這一模型指出,當CPP與帶有負電荷的磷脂結合時,倒置微胞結構可以在膜內部形成,這提供了良好的水合環境。

CPPs的應用領域

隨著對CPPs機制的深入了解,這些肽類的應用在各種研究和醫療領域中顯得日益重要。例如,CPPs被用於核酸遞送、蛋白質遞送,以及作為對比劑的運輸媒介。

核酸遞送

核酸基礎的大分子,如siRNA和反義寡核苷酸,具有調控基因表達的潛力。然而,由於其高分子量和負電荷,這些分子的內化效率相對較低。最近,採用CPP與核酸的聯合策略表現出了良好的遞送效果。

蛋白質遞送

由於傳統的遞送方法效率不高,發展基於CPP的蛋白質遞送顯得尤為關鍵。研究表明,CPP即使在大分子範圍內也能有效遞送多種蛋白質,顯示出其在生物醫學中的應用潛力。

研究者的實驗證實,TAT融合蛋白能快速地進入細胞並調控細胞內的生物功能。

對比劑運輸

CPPs在癌症診斷中也扮演了重要角色,它們作為對比劑的運輸者能夠標記腫瘤細胞。多數基於TAT的衍生物已被用於這項研究中,展現出良好的代謝穩定性與細胞內消失特性。

隨著對CPPs的持續研究,這些小肽如何應用於未來的生物醫療技術中,將會引發更多的思考與探索?

細胞穿透肽(CPPs)概述
運輸機制
  • 直接穿透
  • 內泡作用介導的轉運
  • 瞬態結構形成
CPPs類型
  • 陽離子型
  • 兩親型
  • 疏水型
應用前景
  • 核酸傳遞: 載運siRNA、反義寡核苷酸等。
  • 蛋白質傳遞: TAT等能高效傳遞蛋白質。
  • 對比劑運輸: 用於癌症診斷的對比劑標記。
挑戰
  • 缺乏細胞特異性
  • 對攝取模式的理解不足

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