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随着纳米材料的深入研究,纳米材料在生物医学中的应用已成为其中一个重要方向,例如用作生物探针、药物载体,组织工程材料、用于生物分离、生物催化、生物传感和检测等。目前,研究人员正在逐步形成一个共识,即对纳米粒子的物理化学性质、所处环境及其在该环境中的存在状态进行充分的表征是开展纳米毒理学研究和建立新的评价体系的关键。 纳米颗粒进入机体后,会不可避免地吸附体液中的蛋白质分子,形成纳米颗粒-蛋白质冠(nanoparticle-protein corona)。细胞或组织的应答往往不是针对纳米颗粒本身,而是被生物分子包被的纳米颗粒。对纳米颗粒-蛋白质相互作用认识的深入可使人们设计出更加安全、高效的纳米颗粒,应用于生物医药领域。 目前,如何解析纳米材料与蛋白质作用的界面结构仍然面临着诸多挑战。虽然圆二色谱、核磁共振、X射线晶体衍射等方法均为蛋白质结构研究的重要手段,但在界面结构解析上存在诸多局限。 金纳米颗粒具有独特的光电性质、良好的生物相容性,其尺寸和表面可以方便地进行调节,是一种很有希望的药物载体、治疗剂和诊断试剂。聚乙二醇化(PEG化)是降低药物体内降解、增加循环时间的常用方法。PEG化的纳米颗粒还具有“隐形效应”(stealth effect),即逃避单核吞噬细胞的识别和捕集,从而将药物输送到目的地的现象。在传统观念中,PEG化可以抗蛋白质吸附。近来的研究结果表明,吸附在PEG化纳米颗粒上的蛋白质在隐形效应中也发挥了作用,这用传统观点难以解释。在本文中,我们制备了一系列不同分子量、不同端基PEG修饰的金纳米颗粒,用它们作为装载蛋白质的平台。我们选择转铁蛋白和溶菌酶为研究对象,前者在抗癌研究中是备受青睐的靶向剂,后者是被深入研究过的模型蛋白。研究方法包括:动态光散射、红外光谱、变温同步辐射圆二色谱,细胞摄取实验、电感耦合等离子体质谱等。主要结果如下: (1)观察到一些PEG化金颗粒吸附蛋白质过程中的新奇现象。例如,转铁蛋白在PEG化金颗粒上吸附后,造成粒径下降,具有剂量-效应关系。胞吞实验结果表明,装载了Tf的PEG化金颗粒较好地保持了对癌细胞的靶向性。对变温同步辐射圆二色谱进行凸约分析表明,溶菌酶吸附到带正电的金纳米颗粒之后,受热去折叠过程可能存在中间态。红外光谱和变温同步辐射圆二色谱都表明,溶菌酶吸附到接近电中性的PEG化金颗粒之后,二级结构发生一定改变,α螺旋含量下降。 (2)上述实验结果说明,在蛋白质浓度较高时,金纳米颗粒上的PEG和蛋白质存在较强的相互作用,即蛋白倾向于进入PEG层。在此基础上,我们推断蛋白质可能主要以竞争吸附方式吸附到PEG化金颗粒上。在低浓度下,蛋白质很少吸附或仅少量进入PEG层;在高浓度下,尺寸合适、亲和力较大的蛋白(如转铁蛋白)可部分替换金颗粒上的PEG配体,形成“蛋白质补丁”。蛋白质补丁周围的PEG分子可降低非特异性蛋白的进入,因而保持较好的靶向性。这个分子图景将有助于理解PEG化金颗粒的生物学效应。当然,蛋白质在PEG化金颗粒上的竞争吸附和靶向特异性以及隐形效应间的联系,目前还只能说是一种个人猜想,不能算作定论,还需要设计其它实验重复,并有待其它实验方法检验。 (3)动态光散射、红外光谱、变温同步辐射圆二色谱等方法是研究金颗粒上蛋白冠的有效工具。这些方法对研发新的具有隐形效应的高分子配体有一定价值。