长期以来，纳米载药体系的低转化率/低成功率是纳米医学的瓶颈问题，其中对“纳米-生物”相互作用的认知局限性是关键原因之一。纳米颗粒在细胞内蓄积是纳米体系发挥作用的关键环节，该过程可能受到细胞生物学特性的影响。细胞周期作为细胞生命活动的基础，其异质性被认为是攻克肿瘤面临的挑战之一；自噬作为与细胞稳态和多种疾病相关的重要生物学过程，可能藉内体/溶酶体系统影响纳米颗粒的胞内蓄积。然而，探索细胞周期和自噬对纳米颗粒胞内蓄积影响规律的文献报道匮乏/零散，且研究发现不一致甚至存在矛盾。

值得关注的是，前期相关报道存在多重研究技术与思路的局限性，例如未能在生理状态下区分G2期和M期细胞（代之以混称为G2/M期）、细胞解离剂/细胞周期阻滞剂/自噬调节剂等药物的使用干扰了细胞生理状态、仅在二维水平检测纳米颗粒胞内蓄积而忽略了细胞具有立体结构且纳米颗粒胞内分布不均。研究技术/思路的局限性干扰了实验数据的准确性，并已经成为深入推进“细胞周期/自噬-纳米颗粒细胞内蓄积”互作研究的关键障碍。突破这些技术与思路的局限性，有望为“纳米-生物”互作、细胞周期/自噬等众多研究领域提供具有一定普适性的“新引擎”，打破技术壁垒，进而推动和深化相关研究。

2025年7月1日，浙江大学基础医学院隋梅花课题组在Nature Communications期刊在线发表题为"Evaluating cell cycle- and autophagy-associated cellular accumulation of lipid-based nanoparticles"的研究论文。该研究成功构建了能够克服前述多重研究方法与思路局限性的多功能技术平台（图1、图2），并应用其揭示了细胞周期和自噬对临床相关基于脂质的纳米颗粒在肿瘤细胞内蓄积的影响规律（图3、视频1）。

首先， 课题组整合多种策略，构建了能够在模拟生理状态下同步探索细胞周期和自噬对肿瘤细胞内纳米颗粒蓄积影响的技术平台：分别用DiD荧光标记Doxil®脂质体载体（DiD-LIP）和Comirnaty®脂质纳米颗粒载体（DiD-LNP），作为代表性纳米颗粒；藉敲除自噬关键基因ATG7消除非特异性自噬调节剂的干扰，获得不同自噬水平的野生型（WT）/敲除型（ATG7 KO）配对细胞系模型；整合细胞周期指示质粒PIP-FUCCI和“有丝分裂选择法”，实现在模拟生理状态下实时、完整地区分/标识四个不同细胞周期时相的肿瘤细胞（贴壁G1期细胞为mVenus阳性/绿色细胞核，贴壁S期细胞为mCherry阳性/红色细胞核，贴壁G2期细胞为mVenus/mCherry双阳性/黄色细胞核，悬浮M期细胞为mVenus/mCherry双阳性/黄色细胞核）（图2）；结合高分辨率共聚焦激光扫描显微镜及三维重构技术，构建二维联合三维的多维度分析体系。

图1. 模拟生理状态、同步评价细胞周期时相与自噬水平对纳米颗粒细胞内蓄积影响规律的研究体系构建思路及流程。a，稳定表达PIP-FUCCI的WT/ATG7 KO配对肿瘤细胞系的构建。b，多功能、多维度研究技术平台的构建。

图2. 模拟生理状态下，多维度、实时、完整区分四个细胞周期时相的肿瘤细胞及胞内纳米颗粒蓄积情况效果示范图（蓝色荧光示意DiD-LIP，本图为野生型肿瘤细胞）。

应用该技术平台，课题组进一步获取纳米颗粒孵育2小时后处于不同细胞周期时相和不同自噬水平的肿瘤细胞内蓄积DiD-LIP和DiD-LNP的多维度数据，包括2D与3D水平的纳米颗粒总荧光强度（TFI）和平均荧光强度（MFI）。分析数据后发现：①WT/ATG7 KO配对肿瘤细胞系中，两种纳米颗粒的细胞内蓄积量均呈现G2期细胞最多而M期细胞最少的规律；②分别处于M期、G1期、S期和G2期的肿瘤细胞中，两种纳米颗粒胞内蓄积量的均值呈依次递增趋势；③ATG7 KO/特异性阻断自噬能够促进两种纳米颗粒在肿瘤细胞内的蓄积；④两种纳米颗粒在肿瘤细胞中的蓄积存在一定的差异，提示纳米颗粒胞内蓄积规律或与纳米颗粒种类及理化特性有关；⑤对两种纳米颗粒的蓄积量与细胞尺寸之间进行相关性分析，发现纳米颗粒胞内蓄积量并非简单或直接由细胞大小决定，而是受到细胞周期时相、自噬水平和纳米颗粒类型的影响；⑥对实验参数TFI（2D）、TFI（3D）、MFI（2D）和MFI（3D）进行相关性分析，发现参数之间存在正相关，且相关性强度受纳米颗粒类型、细胞系特性/自噬水平的影响，提示科学组合和联用多种参数有助于克服单一参数的局限性，从而优化技术平台的应用。

图3. 基于本研究构建的多功能技术平台探索细胞周期时相与自噬水平对肿瘤细胞内纳米颗粒蓄积的影响规律（图示为DiD-LIP）。a-b，处于不同细胞周期时相的WT与ATG7 KO PIP-FUCCI肿瘤细胞的总荧光强度（TFI）（a）及平均荧光强度（MFI）（b）在二维与三维水平的统计分析数据。

综上，本研究着眼于细胞周期和自噬对细胞内纳米颗粒蓄积的影响规律，构建多功能技术平台以克服长期存在的多重技术与思路瓶颈，应用新技术策略有效区分生理状态的G2期和M期细胞（以往被混称为G2/M期细胞），更意外发现在实验条件下，G2期（细胞生化活动达到高峰、为分裂做准备的时相）与M期（细胞膜张力增加、内吞活力下降、复制和分配遗传物质的时相）细胞内纳米颗粒的蓄积量分别为最多和最少（图3、视频1）。此外，敲除ATG7基因能够促进细胞内纳米颗粒蓄积的研究发现为正在开展的将纳米药物与自噬抑制剂联用的临床研究提供了新的支持依据。这些研究发现有望为纳米体系的科学设计与应用提供借鉴和指导（例如联用纳米药物与细胞周期靶向药物时）。值得一提的是，该技术平台提供了一种可以根据研究需求“DIY”，在细胞周期之外叠加一种甚至多种其他生物学变量的研究范式，兼具普适性与特异性，拥有广泛的应用场景和科学价值。基于本研究的发现，课题组正在开展进一步的深入研究。

视频1. 基于新构建的多功能技术平台，本研究获取的代表性三维重构数据证实处于G2期和M期的肿瘤细胞分别蓄积了最大量与最少量的纳米颗粒。

浙江大学基础医学院博士研究生王依莎、罗淦和王海洋为共同第一作者，隋梅花研究员为本文通讯作者。课题组感谢浙江大学医学院王英杰研究员、刘伟教授和孙启明教授，浙江大学药学院杜永忠教授，以及浙江大学医学院公共技术平台的重要支持。本研究受到浙江省自然科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划和浙江大学“百人计划”启动基金的资助。