多肽修饰的纳米粒子在脂质双分子层上运动行为的模拟研究

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纳米粒子(NPs)在诸如细胞层次上的诊断和治疗等生物医学方面有着巨大的应用潜力。然而,相关的纳米—生物界面相互作用机制至今尚不明确。在本论文中,我们利用分子动力学模拟方法,从界面分子运动的角度出发,研究了表面修饰有多肽配体的纳米粒子与脂质双分子层的相互作用过程。我们在模拟中选用了两种具有相似膜活性的同源多肽,PGLa和magainin 2(MAG2),作为纳米粒子表面的修饰配体,并系统地研究了不同配体修饰的纳米粒子与脂膜的结合方式及其在脂质双分子层上的扩散行为(包括平动和转动)。结果表明,PGLa和MAG2修饰的纳米粒子在与脂膜相互作用的分子细节上存在细微差别:PGLa倾向于“倾斜”地嵌入脂质双分子层的上叶,而MAG2则喜欢“平行”地粘附在脂膜的表面。但这些作用方式的细微差别会导致两种纳米粒子在脂膜表面的运动行为具有明显区别:PGLa修饰的纳米粒子在脂膜上的平动受限明显,但转动则较为自由;而MAG2修饰的纳米粒子在脂膜上的平动更快而转动缓慢。另外,我们在模拟中还发现纳米粒子在脂膜上的平动和转动行为之间存在耦合性。例如,两种纳米粒子在作用过程中都会交替出现“跳跃”和“原地打转”两种扩散模式,但PGLa修饰的纳米粒子在“跳跃”阶段具有更强的转动趋势,而在“原地打转”阶段则转动很小;与之相反地,MAG2修饰的纳米粒子在整个扩散过程中都表现出相类似的转动变化趋势。我们的结果表明这些运动行为上的区别及其平动和转动之间的耦合关系都与配体与脂质之间不同的作用模式有关。我们的研究结果有助于从运动的角度去理解纳米粒子与脂膜之间复杂的相互作用机制,并为调控纳米粒子在细胞表面的行为提供了可能。
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