複雜納米顆粒與仿生物膜相互作用的物理機理

《複雜納米顆粒與仿生物膜相互作用的物理機理》是依託南京大學，由馬余強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜納米顆粒與仿生物膜相互作用的物理機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬余強
• 依託單位：南京大學

項目摘要

生物相容的納米顆粒的非能量和能量輸運途徑是生命科學的前沿熱點問題。相關新納米材料合成和細胞層面研究逐年遞增。由於細胞種類多樣性和細胞環境複雜性，尚存在一些不一致的結論和無法解釋的現象。如何全面系統地理解納米顆粒-膜相互作用與納米顆粒非能量輸運的關聯是研究這一熱點問題的關鍵。在此，我們基於仿生物膜模型，選擇帶正電納米顆粒（軟、硬）、雙親性納米顆粒（有序、無序表面形貌）和具有多價識別功能團的仿病毒納米顆粒（低價、多價識別），從實驗的角度，結合理論和模擬，研究1）納米顆粒在仿生物功能膜上分布；2）納米顆粒引起GUV或SUV形變的動力學過程；3）單個納米顆粒和單個磷脂在SLB和GUV的運動速度和運動模式；4）結合真實細胞，理解配體修飾納米顆粒的吸附行為和內吞的途徑。通過該課題研究工作的實施和任務的完成，加深對納米顆粒跨膜輸運、生物毒性成因的理解，為指導合成安全、高效的納米載藥體系提供科學依據。

結題摘要

本項目從實驗和理論角度研究了複雜納米顆粒與生物膜作用的物理機制。首先，發現靜電排斥的陰離子性顆粒與細胞膜結合的“類電荷吸引”效應，粒子以稜角區域接近膜，並誘導帶電組分的再分布。報導了與粒子修飾鏈構象相關的熵變誘導的旋轉，用於引導其在生物膜表面的取向和內吞。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，給出了雙面神微粒的載藥優勢。考察了腫瘤和正常細胞對聚合物-納米粒子複合體系的結合差異，最佳化了高分子類型、密度及配體類型的選擇。比較了親水和雙性離子型聚合物修飾對粒子選擇性內吞的影響，尋找抗蛋白吸附和細胞靶向要求間的平衡。發現聚合物膠束實現滲透、融合及包裹進入細胞膜由配體作用、疏水性、帶電性等因素決定。利用超聲衝擊波和納米空泡實現藥物的穿膜輸運。探索了媒介環境電解質條件對內吞的影響，深化了水合作用和離子吸附效應的理解。研究了靜電吸引條件下，克服膜融合勢壘的條件。構築了仿中性粒細胞粒子用於炎症治療。同時，我們藉助溫度梯度與雷射輻照，調控了細胞膜的再組裝行為，包括形成內吞外泌相關的微管、囊泡結構等。分析了滲透作用及氧化石墨烯轉變氣體釋放在其中的作用。利用磁性顆粒在磁場下的排布，調控了細胞的取向和運動。最後，根據國內外研究的最新進展，探索了回響型聚合物、活性粒子的組裝結構與機理。研究結果將為納米粒子及其組裝體在生物醫學等領域的深入套用提供新的啟示和指導。