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Glomerular barrier behaves as an atomically precise bandpass filter in a sub-nanometre regime

纳米 纳米团簇 糖萼 材料科学 纳米技术 纳米颗粒 外渗 化学 生物物理学 复合材料 生物化学 生物 免疫学
作者
Bujie Du,Xingya Jiang,A. Das,Qinhan Zhou,Mengxiao Yu,Rongchao Jin,Jie Zheng
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:12 (11): 1096-1102 被引量:463
标识
DOI:10.1038/nnano.2017.170
摘要

The glomerular filtration barrier is known as a ‘size cutoff’ slit, which retains nanoparticles or proteins larger than 6–8 nm in the body and rapidly excretes smaller ones through the kidneys. However, in the sub-nanometre size regime, we have found that this barrier behaves as an atomically precise ‘bandpass’ filter to significantly slow down renal clearance of few-atom gold nanoclusters (AuNCs) with the same surface ligands but different sizes (Au18, Au15 and Au10-11). Compared to Au25 (∼1.0 nm), just few-atom decreases in size result in four- to ninefold reductions in renal clearance efficiency in the early elimination stage, because the smaller AuNCs are more readily trapped by the glomerular glycocalyx than larger ones. This unique in vivo nano–bio interaction in the sub-nanometre regime also slows down the extravasation of sub-nanometre AuNCs from normal blood vessels and enhances their passive targeting to cancerous tissues through an enhanced permeability and retention effect. This discovery highlights the size precision in the body's response to nanoparticles and opens a new pathway to develop nanomedicines for many diseases associated with glycocalyx dysfunction. The glomerulus can use its glycocalyx layer to precisely control renal clearance and tumour targeting of sub-nm gold nanoclusters with size differences of just a few atoms.
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