ナノ粒子の細胞内輸送経路を可視化する新手法を開発(Scientists Develop Novel Method for Mapping Intracellular Pathways of Nanoparticles)

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2026-06-30 中国科学院(CAS)

中国科学院杭州医学研究所とマカオ大学の共同研究チームは、生細胞内におけるナノ粒子の輸送経路と周辺タンパク質との相互作用を高精度で解析する新手法「Nanozyme Proximity Labeling(NPL)」を開発した。従来の顕微鏡観察では局在情報しか得られず、プロテオミクス解析では細胞破壊が必要となるため、生体内での自然な相互作用の解明が困難だった。また、既存の近接標識法は遺伝子改変を前提とするため適用範囲に制約があった。NPLでは、ペルオキシダーゼ様活性を持つ酸化鉄(Fe₃O₄)ナノ粒子を利用し、過酸化水素存在下で近傍タンパク質を1分以内に標識し、質量分析によって細胞内相互作用を解析する。ミトコンドリア標的型ナノ粒子ではミトコンドリア関連タンパク質が約1.5倍多く検出され、標的化されていない粒子は主にリソソーム分解経路へ輸送されることが判明した。本手法は遺伝子改変を必要とせず、ナノ医薬品の細胞内動態や設計最適化に有力な解析基盤となることが期待される。

<関連情報>

非遺伝子工学的手法によるナノザイム近接標識により、ナノ粒子の細胞内相互作用ネットワークと輸送経路が明らかになる Nongenetic engineering nanozyme proximity labeling reveals subcellular in situ interactomes and trafficking pathways of nanoparticles

Chao Jiang, Yiyang Fu, Baichuan Jin, +7 , and Yuan Liu
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:June 22, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2521555123

Abstract

Elucidating the dynamic interactions between nanocarriers and cellular machinery is critical for advancing targeted nanomedicine. However, the optical microscopy imaging techniques can only provide a generalized view of nanomedicine localization. Proteomics approaches require cell lysis which disrupt native protein coronas during isolation, obscuring real-time intracellular trafficking mechanisms. Although proximity labeling enables in situ investigation of intracellular protein–protein interactions, it relies on genetically engineered enzyme fusion, thus limiting applicability across diverse systems. In this study, we report nanozyme proximity labeling (NPL), a genetic engineering-free strategy that harnesses the intrinsic peroxidase activity of Fe3O4 nanoparticles (NPs) to biotinylate proximal proteins within live cells. NPL achieves rapid biotinylation of NP-interacting proteins during intracellular transit. Using streptavidin pulldown and LC–MS/MS, we mapped high-fidelity in situ interactomes and suggested distinct trafficking pathways for mitochondrial-targeted Fe3O4@TPP NPs and nontargeted Fe3O4 NPs. Our NPL interrogates the native NP–protein corona–organelle interfaces, offering a generalizable platform to decipher subcellular targeting mechanisms and accelerate nanomedicine optimization.

生物化学工学
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