近日,中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程所與清華大學(xué)合作首次證明了二維材料氧化石墨烯能夠與細(xì)胞膜形成三明治超級(jí)結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)藥物在膜磷脂層內(nèi)的有效運(yùn)輸,開(kāi)辟了藥物精準(zhǔn)遞送新模式,為生物醫(yī)藥全新劑型的設(shè)計(jì)和新型納米粒子的應(yīng)用提供了方向。
納微米粒子與細(xì)胞間相互作用對(duì)其后續(xù)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用至關(guān)重要。中科院過(guò)程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物材料與生物劑型課題組的馬光輝研究員和魏煒研究員進(jìn)行了一系列研究,發(fā)現(xiàn)二維顆粒與傳統(tǒng)顆粒具有截然不同的特殊生物學(xué)效應(yīng)(如:在細(xì)胞膜表面通過(guò)激活力學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)免疫活化、在細(xì)胞內(nèi)限域空間通過(guò)折疊形變誘導(dǎo)細(xì)胞自噬),通過(guò)合理化設(shè)計(jì),可顯著提升疫苗免疫應(yīng)答效果、實(shí)現(xiàn)抗腫瘤智能治療及實(shí)時(shí)診斷。相關(guān)工作相繼發(fā)表于Nature Commun, 2017, 8, 14537;Biomaterials, 2012, 33, 4013; Chem Commun, 2013, 49, 3902;ACS Appl Mater Interfaces, 2015, 7, 5239;Nanoscale, 2015, 7, 19949;ACS Appl Mater Interfaces, 2017, 9, 27396。
石墨烯-生物膜“三明治”超級(jí)結(jié)構(gòu)及其在藥物遞送中的潛在應(yīng)用
(左)模擬圖;(中)冷凍透射照片;(右)膜間遞送藥物(GO-VTB)的優(yōu)勢(shì)結(jié)果
石墨烯-生物膜超級(jí)結(jié)構(gòu)雖然已有預(yù)測(cè),但一直沒(méi)有被證實(shí)。此次,過(guò)程工程所研發(fā)團(tuán)隊(duì)不僅利用冷凍透射等觀察到二維材料氧化石墨烯-生物膜三明治及其形成過(guò)程,還揭示了該超級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞粗糙度、細(xì)胞流動(dòng)性和細(xì)胞膜硬度的影響;更重要的是,二維材料氧化石墨烯可以借助該結(jié)構(gòu)使更多藥物進(jìn)入細(xì)胞膜間,實(shí)現(xiàn)藥物在膜磷脂雙分子層的快速運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散,遠(yuǎn)優(yōu)于脂質(zhì)體對(duì)膜特異性藥物的胞內(nèi)遞送效果,顯著增加對(duì)癌細(xì)胞的殺傷能力。上述三明治結(jié)構(gòu)、膜間擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和藥物遞送過(guò)程,由清華大學(xué)研究人員進(jìn)行了全面的計(jì)算模擬和機(jī)制解析。
相關(guān)工作發(fā)表于Science Advances 2019, June 7(eaaw3192),陳鵬宇博士和岳華副研究員為本文第一作者,燕立唐教授和魏煒研究員為通訊作者。該工作得到了基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
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