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肺表面活性剂生物分子冕形成机理研究取得进展

作者:胡国庆 2017-08-22 11:42 来源:
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  近日,非线性力学国家重点实验室胡国庆研究员等在肺表面活性剂冕(pulmonary surfactant corona)形成机理研究方面取得重要进展,得到了纳米颗粒与肺表面活性剂交互作用后形成生物分子冕的演化规律,发现了纳米颗粒表面亲疏水性质对分子冕的结构起着决定性作用。该研究成果发表在国际纳米科学期刊ACS Nano2017,11:6832 6842,影响因子13.94上,论文第一作者为博士研究生胡青林,合作者为美国夏威夷大学Zuo Yi教授。

  纳米颗粒进入生物体后,因其高表面自由能,很容易吸附生物体液中的各种蛋白质分子,在颗粒表面形成生物分子冕。纳米颗粒的吸附作用不仅可能改变蛋白质分子的结构乃至功能,而且会改变初始纳米颗粒的粒径及表面性质,从而影响随后的细胞摄取行为和生物效应。迄今为止,有关生物分子冕的绝大部分认识来自于纳米颗粒与血浆的交互作用,而肺部是纳米颗粒进入人体的最主要途径,肺表面活性剂与纳米颗粒交互作用形成分子冕的研究极为缺乏。 

  力学所研究团队采用粗粒化分子动力学模拟,研究了吸入纳米颗粒与肺泡液体中肺表面活性剂的交互作用,发现了具有不同物理化学性质的纳米颗粒,在接触到肺表面活性剂后,均会吸附并形成由磷脂分子和活性剂蛋白分子组成的生物分子冕,分子冕的结构依赖于纳米颗粒表面的亲疏水性质,亲水颗粒形成双层冕结构而疏水颗粒形成单层冕结构;分子冕将为纳米颗粒提供一类物理化学屏障,使得纳米颗粒亲疏水性质趋同,且能增强纳米颗粒的生物识别。 

  该研究得到了国家基金委重大研究计划、中科院前沿科学重点研究计划、中科院B类先导专项的资助。研究成果不仅加深了对肺表面活性剂分子冕形成机理的认识,而且指明了在肺毒理和肺部纳米给药研究上应考虑此分子冕的影响,得到了评审组的较高评价。 

 

1. 水相中肺表面活性剂的自组装结构 

 

  2. 两种典型纳米颗粒(亲水银颗粒和疏水聚苯乙烯颗粒)上所形成肺表面活性剂冕的结构和组分 

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