本课题的前期研究发现我们精心设计的金纳米棒能特异性的靶向并能杀伤癌细胞,对正常细胞影响很小,而目前对此特异现象的机理研究不多。鉴于此,本课题的目标是分析、证实并阐明金纳米棒能特异性的杀伤癌细胞的相关机制。本课题首先从细胞与纳米粒子的相互作用入手,按照内吞颗粒度大小,内吞主要包括吞噬、巨噬,网格蛋白介导的内吞、小窝蛋白介导的内吞、以及相关蛋白介导的离子通道。在此基础上,我们进一步合成尺寸大小约30-60nm的金纳米棒,通过纯化后,经牛血清(FCS/FBS)孵育后其粒径大小不超过100nm。相关研究已证实,50-100nm的颗粒主要是通过网格蛋白介导的内吞方式进入细胞内,部分通过小窝蛋白介导的内吞方式。其次着重调研内吞囊泡在胞内递送的过程,包裹的金纳米棒进入细胞后形成早期内涵体,进一步发展成为晚期内涵体,部分与初级溶酶体融合最终发展为次级溶酶体(即成熟的溶酶体),另一部分与自噬体融合形成自噬内涵体(Amphisome),再与溶酶体融合形成自噬溶酶体;最后通过流式凋亡检测、激光共聚焦检测和western blot检测,全面证实了金纳米棒与溶酶体的关系。金纳米棒表面的蛋白分子被溶酶体内的各类水解酶水解成小分子单体(例如氨基酸、磷脂单分子、单糖等)为细胞内合成提供原料,而金纳米棒不能被降解,并对溶酶体的通透性产生作用,尤其在癌细胞中表现最为明显,相对于正常细胞,癌细胞的溶酶体膜更加脆弱,对此特异性差异,我们认为这主要是由于癌细胞溶酶体膜组分和正常细胞有巨大差异造成的;溶酶体在较低的通透性下,能促使激活细胞凋亡途径;在大量高程度的破损情况下,促使细胞快速进入坏死途径;主要原因是溶酶体相关的水解蛋白酶分别激活了凋亡和坏死程序。在此基础上,我们选用前期研究使用的MCF-7细胞作为代表,进一步研究金纳米棒与细胞相互作用机理,我们经过研究分析发现:金纳米棒作用MCF-7细胞过程中,MCF-7细胞前期表现为坏死,后期表现为凋亡;这是因为,溶酶体破坏后,组织蛋白酶等通过sk-1刺激肿瘤坏死因子TNF,RIP1-RIP3复合物的形成,激活了坏死程序;此时,NF-κB通路进行自我修复和自救,随着Caspase8后来表达量的增加,进而剪切RIP1,抑制了肿瘤的坏死,使癌细胞进入了凋亡程序;启动凋亡程序的通路还有Caspase8凋亡通路(由Caspase8激活Caspase3),Caspase9线粒体凋亡通路(由Caspase9激活Caspase3)以及金纳米棒引发的自噬堆积引发的细胞衰老和凋亡信号。但这些信号的产生都归因于溶酶体膜在金纳米棒作用下产生的通透性。本课题的系列研究为基于纳米颗粒的癌症治疗提供了理论基础和实验依据,具有重要的临床意义。