乳液滴穿过细胞间隙过程的分子动力学模拟

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近年来,重组蛋白疫苗、短肽疫苗等新型疫苗应用日益增多。新型疫苗中通常需要加入佐剂,以延长抗原刺激时间,增加免疫强度。其中,油乳佐剂应用较为广泛,其可吸附抗原蛋白形成疫苗颗粒。接种疫苗后的主要挑战是实现淋巴结积聚,以利用淋巴结中的免疫细胞来刺激免疫反应的开始与持续。疫苗颗粒具有可变形性,可通过调整自身形状穿过宽度小于自身粒径的内皮细胞间隙到达淋巴结,但对该过程的影响因素和作用机理了解甚少,因此探索疫苗颗粒在细胞间隙中的运动过程具有重要的研究意义。本文通过分子动力学模拟的方法对油乳佐剂穿过内皮细胞间隙的过程及其影响因素进行探究。受计算量限制,本工作对实际体系进行了等比例缩小来进行规律性探究,设置了角鲨烯油滴、100%表面活性剂吸附量的乳液滴以及50%表面活性剂吸附量的乳液滴三个组别来考察不同界面张力对佐剂穿过细胞间隙的影响。另外,为了对比不同宽度的细胞间隙对乳液滴穿越过程的影响,对每种液滴分别模拟了穿过5 nm和8 nm宽细胞间隙的过程。其中,100%表面活性剂吸附量的乳液滴无法通过5 nm及8 nm宽的细胞间隙,因此增设了10 nm和12 nm缝宽的模拟体系。模拟完成后,对体系进行了热力学、结构以及动力学三个方面的分析,包括能量、特征时刻及关键结构、液滴形貌、扩散系数等物理量。模拟结果表明:界面张力相同时,细胞间隙越窄,液滴与细胞膜的磷脂层分子间的作用越强,因此,液滴进入及离开细胞间隙所需的时间越长。不同界面张力下,界面张力越小,即液滴吸附的表面活性剂分子越多,乳液滴与细胞膜的作用越强,进入和离开细胞间隙的时间越长;且界面张力越小,液滴形变越显著。另外,细胞间隙的尺寸会影响乳液滴的变形程度,受限空间约束过强则会造成乳液滴的脱落。本工作首次采用分子动力学模拟的方法探究乳液滴穿过细胞间隙的过程,并对实验中难以完成的油滴体系进行了模拟研究,尽管模拟体系与实际体系的尺寸存在差异,但本工作的模拟现象及所得规律与实验基本一致,对实验工作具有指导意义。
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