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國家納米中心等在納米-生物界面相互作用研究中取得系列進展

發布:opticseditor    |    2019-06-26 19:00    閱讀:286
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由于納米材料的獨特理化性質,在生物組織工程材料、生物傳感、藥物載體、重大疾病診療等醫學相關領域表現出強大臨床應用前景,尤其對于腫瘤等高度異質性疾病的個體化診斷和治療極具潛力。然而,高度異質性、非平衡的動態生理環境,使得納米材料進入生物體系并未能如設計的那樣完全靶向目標位點,將持續與生物體系內的分子、結構相互作用,引起表面理化特性改變,進一步影響其進入細胞的途徑、在生物體內的行為及其最終的命運。中國科學院國家納米科學中心陳春英課題組一直致力于研究納米材料生物學效應及其在納米藥物設計中的應用。早在2010年,陳春英課題組首次發現了碳管進入血液系統,會快速吸附血液中的蛋白形成納米“蛋白冠”,從而降低碳管納米材料的生物毒性(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 16968-16973)。然而,“蛋白冠”的形成卻受到納米材料及與之作用生物分子理化特性的影響,包括尺寸、結構、晶型和表面修飾分子的種類、電荷、手性等 (Adv. Mater. 2018, 1805740;Nat. Commun. 2018, 9, 129;Nat. Commun. 2018, 9, 4861)。同時,這些性質將影響生物分子與納米材料相互作用的位點、分子取向以及生物活性等(ACS Nano 2017, 11, 4606-4616. Nano Lett. 2019, 19, 8-18),其所引起相關生物分子結構和功能改變以及免疫效應,亦是開發納米藥物的關鍵著眼點 (Adv. Mater. 2019, 1808303; Adv. Mater. 2019, 1804386)。


深入認識和了解納米材料理化特性的在體動態變化,及其與周圍生物分子之間的相互作用,構建智能納米藥物,促進納米藥物有效富集在腫瘤部位,是目前納米藥物研究中亟待解決的關鍵科學問題之一。該團隊最新研究發現,具有抗腫瘤活性的Gd@C82(OH)22納米粒子與臨床肺癌患者血液中補體成分C1q蛋白分子發生特異性結合,使該C1q分子在Gd@C82(OH)22納米粒子表面富集。通過對C1q分子結構的改變,Gd@C82(OH)22-C1q復合物能激活先天性免疫反應,為腫瘤精準治療提供了新策略——“利用患者體內獨特蛋白質指紋調理作用的精確納米藥物”,這種策略克服了納米蛋白冠形成的常見缺陷,通過調控納米蛋白冠的精確生成為納米醫學應用提供新思路(Nano Lett. 2019, Doi:10.1021/acs.nanolett.9b01774)。

除了驅動力,納米材料與生物界面的氧化還原作用,可能干擾體內氧化還原平衡,引發多層氧化應激級聯,刺激抗氧化防御、炎癥反應、細胞毒性和細胞死亡(ACS Nano 2015, 9, 6532-6547)。依據材料理化特性,構建智能納米藥物,可與細胞內的氧化還原相關分子相互作用,產生或清除自由基,實現對細菌、腫瘤等惡性細胞高選擇性殺傷,改善乏氧環境(ACS Nano 2016, 10, 8690-8699; Adv. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adma.201901965)。陳春英、蘇州大學副教授葛翠翠和美國科學促進會院士、哥倫比亞大學教授周如鴻共同開發了一系列具有不同形貌、晶面結構的鈀納米晶體模擬酶,不僅可高效殺傷細菌,在抗腫瘤方面亦有顯著效果 (ACS Nano, 2016, 10: 10436-10445;Nat. Commun. 2018, 9, 129.; Nat. Commun. 2018, 9, 4861)。該系列特色工作受到廣泛關注,受邀撰寫綜述 (Acc. Chem. Res. 2019, 52, 1507-1518),并入選封面文章。

該系列研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和中科院國際合作項目等的支持。

來源:國家納米科學中心

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