複雜環境中納米材料與細胞相互作用的理論模擬研究

《複雜環境中納米材料與細胞相互作用的理論模擬研究》是依託蘇州大學，由丁泓銘擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複雜環境中納米材料與細胞相互作用的理論模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：丁泓銘
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

深入理解納米材料與細胞之間的相互作用對其在藥物輸運中的廣泛套用有著重要的科學意義。儘管目前實驗上能夠合成出各種類型的納米材料，但由於實驗技術和條件的限制，納米材料自身性質對細胞輸運效率的影響，尤其是納米材料與細胞間相互作用的內在分子機制，迄今尚不完全清楚。本項目擬在前期工作的基礎上，通過結合Helfrich理論和分子模擬，力圖在接近真實生理環境的條件下揭示影響納米材料細胞輸運效率的內在因素（納米材料自身物理化學性質）和外在因素（細胞類型和生物微環境）；旨在從細胞外輸運、通過細胞膜、細胞內輸運這三個過程去闡明納米材料與生物大分子及細胞之間相互作用的物理機理。在此基礎上，進一步地從理論模擬角度給出具有高效藥物輸運效率的納米材料的設計思路。期望通過本項目的研究，對已有的實驗結果給出更為深入的解釋，為以後的實驗研究提供更多的理論依據，同時為藥物輸運中新型材料的設計提供更有意義的指導。

結題摘要

在真實的生理條件下理解納米材料與細胞間相互作用的內在分子機理是極其重要的科學問題。本項目以納米材料與細胞膜為主要研究對象，利用理論模擬（並與實驗合作），揭示了納米材料的物理化學性質（尤其是表面修飾配體或高分子）及生物微環境（包括pH值、血漿蛋白等）對它們間相互作用的影響，包括發現靜電排斥的DNA納米材料與細胞膜結合的“類電荷吸引”效應——納米材料以角攻擊模式接近膜，並誘導膜上帶電組分的再分布，並提出DNA納米材料與腫瘤細胞特異性相互作用的單鍵、雙鍵、三鍵思想，解釋了有三個適配體的TDF結構的高吸附能力和低內吞效率；通過耗散粒子動力學模擬方法，提出了一種新的可以區分正常細胞和癌細胞的方法；研究了粒子的雙配體圖案化、長度匹配等對膜完全及受挫包裹的影響，指出了雙面神納米粒子的載藥優勢；通過計算機模擬，提出一種新的調控納米粒子細胞吸收行為的策略，即通過小分子或聚合物連線兩個或多個納米粒子來控制納米粒子的細胞內吞效率；結合理論模擬與實驗，我們提出了一種可以有效操控納米材料表面蛋白冠成分的簡單方法，並從分子、細胞和組織層次揭示了納米材料表面修飾對其在生物體內代謝影響的內在機理。最後，根據國內外的最新研究進展，還探索了生物大分子、聚合物等有序自組裝的內在機理。研究結果將為納米材料在生物醫學領域的廣泛套用提供新的啟示和指導。