虽然这种新型纳米材料石墨烯正被用于各种应用，但其对肌动蛋白细丝动力学的影响仍然是未知的领域。发表在《The International Journal of Molecular Sciences》上的创新研究揭示了这一科学领域，以观察并可能发展肌动蛋白组装动力学。
研究：石墨烯增强肌动蛋白长丝组装动力学并调节NIH-3T3成纤维细胞扩散。图片来源：Vshivkova/Shutterstock.com
肌动蛋白研究的意义
肌动蛋白被认为是一种关键的细胞骨架蛋白，在肌肉原纤维的细丝内也很重要。这种蛋白质可以通过诸如细胞形态发生，迁移和分化等使能过程来促进细胞结构的重组。
石墨烯片不会阻碍块体肌动蛋白聚合。监测不同浓度（0.5-20μg/mL）的石墨烯片存在下的肌动蛋白（5μM，20%芘标记）聚合。数据是三重试验的代表。©公园。J.，克拉夫丘克。P.，克里希纳普拉萨德。A.，罗伊。T.和康。E.H. （2022）
最近的研究探索了纳米材料在肌动蛋白上的应用，发现暴露于纳米材料，特别是碳基材料，包括碳纳米管和石墨烯，具有调节肌动蛋白聚合的能力。这项研究引发了其他令人兴奋的研究，包括石墨烯如何用于增强肌动蛋白长丝组装。
通过石墨烯推进生物医学应用
石墨烯是碳的纳米材料同素异形体，由二维蜂窝晶格结构中的单层原子组成;它具有显着的物理化学性质，能够促进涉及化学，电气，热和机械应用的几个领域的进步。这些特性使石墨烯成为包括技术到医学，推进电子学以及用作药物输送系统和癌症治疗在内的行业的理想。
进一步研究如何将石墨烯用于细胞应用，可以使医学进一步发展;一个关键的起点是了解石墨烯如何影响肌动蛋白长丝组装动力学。
现有文献表明，石墨烯通过增加细胞因子和趋化因子的产生以及减少细胞粘附，对幼稚巨噬细胞中的肌动蛋白重排的影响。此外，其他研究表明，石墨烯纳米片在猴肾细胞上的积累可引起活性氧的产生，然后肌动蛋白丝重排。
进一步的报道还涉及石墨烯纳米片导致线粒体中的电子转移破坏和ATP的能量来源减少，导致乳腺癌细胞内肌动蛋白丝组装错误。
利用石墨烯重组肌动蛋白丝用于受损细胞应用的意义可以用于对抗癌症 – 这是一个令人兴奋的医学领域，可能有益于癌症治疗。
石墨烯片对NIH-3T3细胞活力的影响.NIH-3T3细胞的活力是在暴露于石墨烯表面上不同浓度的（a）石墨烯片（0.5-20 μ g / mL）或（b）使用WST-1测定法测定24小时和48小时后测定的。结果表示为三个独立实验的平均值±标准偏差（S.D.），不显著;**，p <0.01。©公园。J.，克拉夫丘克。P.，克里希纳普拉萨德。A.，罗伊。T.和康。E.H. （2022）
创新研究
研究小组研究了石墨烯对肌动蛋白长丝组装动力学调制的影响，并假设肌动蛋白和石墨烯之间的非共价相互作用可能对肌动蛋白丝组装产生直接影响。
他们利用全内反射荧光（TIRF）显微镜成像和散装芘荧光测定等方法，并使用接种在石墨烯表面上的小鼠胚胎成纤维细胞NIH-3T3细胞来研究细胞毒性和形态学。
研究小组发现，石墨烯薄片和石墨烯表面都显着提高了肌动蛋白丝伸长率，细胞培养实验表明缺乏细胞毒性。
此外，石墨烯表面可能使小鼠胚胎成纤维细胞内的变化，影响细胞扩散和拉伸细胞形态。有趣的是，这表明暴露于石墨烯和随后的相互作用可能直接影响肌动蛋白细胞骨架的分子重塑，进一步影响细胞运动和生理调节。
对未来疗法的影响
肌动蛋白在细胞应用中具有非常重要的作用，其多种形式具有重要功能，从参与形成交联的肌动蛋白结合蛋白到肌动蛋白亚型，如ACTA1，一种编码骨骼肌α肌动蛋白的基因，对肌肉收缩至关重要。ACTA1基因表达在许多癌症类型中也会改变，例如在头颈部鳞状细胞癌中下调，这是与肿瘤发生的关键关联。此外，它还可以用作基础样乳腺癌化学耐药性的生物标志物。
石墨烯薄片和石墨烯表面对NIH-3T3细胞形貌和扩散的影响.（a）将NIH-3T3细胞在聚-L-赖氨酸包被的盖玻片（顶部），聚-L-赖氨酸包被的盖玻片上孵育24小时，并用石墨烯片（5_g / mL）（中间）或原始石墨烯单层（底部）处理。然后，用 Acti 染色剂 488 样蛋白（肌动蛋白，绿色）和 DAPI （细胞核，蓝色）染色细胞。（b） 用于测量细胞长宽比（长/短轴）的细胞的代表性共聚焦显微镜图像。（c） 与石墨烯薄片或石墨烯表面孵育的NIH-3T3细胞的量化细胞长宽比。在三个独立实验中，N = 20–73。n.s.，不显著;***，p < 0.001。©公园。J.，克拉夫丘克。P.，克里希纳普拉萨德。A.，罗伊。T.和康。E.H. （2022）
肌动蛋白重塑的潜在应用可用于靶向癌症中肌动蛋白表达的疗法，通过使用石墨烯增强。它还可用于增加和调节细胞运动和成纤维细胞扩散，这可以用于伤口愈合，其中成纤维细胞起着关键作用。
通过添加石墨烯（一种先进的纳米材料）来结合纳米技术，只会有利于将医学转化为以患者为中心的治疗的临床疗法，以提高生活质量。
进一步的研究可以包括使用人类成纤维细胞甚至癌细胞来开发肌动蛋白重塑领域，以及如何将其用于各种关键的生物医学应用。
参考
Park. J., Kravchuk. P., Krishnaprasad. A., Roy. T., and Kang. E.H. (2022) Graphene Enhances Actin Filament Assembly Kinetics and Modulates NIH-3T3 Fibroblast Cell Spreading. International Journal of Molecular Sciences. 23(1):509. Available at: https://www.mdpi.com/1422-0067/23/1/509/htm
延伸阅读
Al Absi, A., Wurzer, H., Guerin, C., Hoffmann, C., Moreau, F., Mao, X., Brown-Clay, J., Petrolli, R., Casellas, C., Dieterle, M., Thiery, J., Chouaib, S., Berchem, G., Janji, B. and Thomas, C., (2018) Actin Cytoskeleton Remodeling Drives Breast Cancer Cell Escape from Natural Killer–Mediated Cytotoxicity. Cancer Research, 78(19), pp.5631-5643. Available at: https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-18-0441
De Rosa, M., Carteni’, M., Petillo, O., Calarco, A., Margarucci, S., Rosso, F., De Rosa, A., Farina, E., Grippo, P. and Peluso, G., (2003) Cationic polyelectrolyte hydrogel fosters fibroblast spreading, proliferation, and extracellular matrix production: Implications for tissue engineering. Journal of Cellular Physiology, 198(1), pp.133-143. Available at: https://doi.org/10.1002/jcp.10397
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