纳米颗粒对细胞膜的作用

纳米颗粒在生物医学领域有着广泛的应用前景。在纳米颗粒与细胞相互作用的研究中,颗粒对细胞膜作用的相关研究,对揭示纳米颗粒的生物效应是至关重要的。纳米颗粒对细胞膜的影响有很多种,主要体现在对细胞膜结构和性质,以及对膜上生物大分子(蛋白质等)功能的影响等方面。这里综述了近年来纳米颗粒对细胞膜作用的相关研究成果,分别从颗粒的自身物理化学性质(尺寸、形状、表面形貌、亲疏水性质、表面电荷、特异性修饰等)、颗粒与细胞作用的环境因素,以及外界能量对颗粒与细胞膜作用的调控三个方面出发,就纳米颗粒作用对细胞膜影响的问题分别进行了分析和总结。     

硅烷化修饰的固态纳米孔

作为一种重要的单分子检测技术,纳米孔的表面特性至关重要。作者利用聚焦离子束刻蚀方法制备得到了一系列形貌可控的氮化硅纳米孔,并对纳米孔进行了表面改性修饰。结果发现,经过化学处理的氮化硅表面具有大量的硅羟键,非常利于和硅烷发生反应,从而在纳米孔表面引入活性基团,如氨基、正辛基和巯基等。通过对修饰有不同硅烷的纳米孔的表面特性和电导特性的研究发现,当硅烷分子将氮化硅表面的硅羟键变为其它功能基团时,材料表面电荷会发生变化,亲、疏水性也发生变化,从而导致电渗流的改变,影响纳米孔的电导。同时,修饰硅烷分子后,材料表面的电荷特性发生了改变,也会导致纳米孔器件的膜电容减小,介电噪声降低。     

三种不同表面活性剂对羟基磷灰石纳米颗粒的表面修饰的比较

目的:本研究旨在通过不同方法修饰羟基磷灰石纳米颗粒并检测其稳定性及分散性。方法:首先采用水合热合成法制备羟基磷灰石纳米颗粒,然后用透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(SEM)对其表面形态结构进行表征。我们首次用溴化十六烷三甲基铵(CTAB),PEG2000和人血清对羟基磷灰石纳米颗粒通过共价结合或表面吸附的方式进行表面嫁接,并利用透射电镜,傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对新合成的这三种纳米羟基磷灰石复合物的形貌,结构和晶粒粒径进行表征。对这三种羟基磷灰石纳米颗粒悬浮液的时间沉降曲线进行分析。在分散性上通过检测这三种羟基磷灰石复合物悬浮液在不同pH值下的Zeta电位并绘制Zeta-pH曲线。结果:我们发现CTAB修饰的羟基磷灰石纳米颗悬浮液的悬浮稳定性最佳,其次是PEG2000,最后是人血清。在pH=7.0时,CTAB修饰的羟基磷灰石纳米颗粒的zeta电位值是25.68 m V,而PEG2000修饰的Zeta电位是4.32m V,人血清修饰的Zeta电位是-13.23m V。结论:CTAB表面修饰的羟基磷灰石纳米颗粒相对于其它两种表面活性剂复合物具有更好的分散性和悬浮稳定性,与DNA/RNA结合能力更强。本课题的结果给羟基磷灰石纳米颗粒载体的应用提供了一种新的选择,有望利用亲和力更高的基因载体实现基因治疗,具有广阔的应用前景。     

聚乙二醇介导鹅掌楸悬浮细胞与CdSe／ZnS量子点纳米颗粒共孵育的互作特征

利用纳米材料介导的药物靶向治疗和动物细胞转基因等相关研究,日益受到人们的关注．但植物因存在细胞壁的障碍,无论原位还是离体细胞培养条件下,利用纳米技术进行基因转移均存在很大难度．因此设想,如通过纳米颗粒材料物理尺寸的改变和表面化学修饰,能改变纳米颗粒与植物细胞壁界面上的生物物理或生物化学特征,从而有利于纳米颗粒材料穿越植物细胞壁进入植物细胞,将对推动纳米技术在植物转基因领域中的应用产生重要意义．根据以上设想,研究了不同的共孵育时间和温度等条件下,杂交鹅掌楸的胚性悬浮细胞与经不同表面化学修饰的CdSe／ZnS纳米颗粒之间相互作用过程的细胞生物学特征,以及CdSe／ZnS量子点的细胞毒性．结果表明,在共孵育后3h以内,激光共聚焦显微镜和电子扫描显微镜下,均可观察到经表面后修饰带正电荷的CdSe／ZnS纳米颗粒．同时,胞吞进入细胞内部的表面携带正电荷的CdSe／ZnS纳米颗粒的量明显与共培养时间、温度有明显的依赖关系,表明它们可以通过细胞的液相胞吞作用进入杂交鹅掌楸细胞内,且不影响细胞的活性;而表面带负电荷的CdSe／ZnS纳米颗粒则主要聚集在细胞外壁附近．在培养溶液中添加20％（质量比）聚乙二醇,可进一步提高鹅掌楸细胞胞吞CdSe／ZnS纳米颗粒的量和减轻CdSe／ZnS纳米颗粒的细胞毒性．本研究表明,以表面携带正电荷的CdSe／ZnS量子点纳米材料作为基因载体,在植物悬浮细胞的转基因研究和应用中具有广泛的前景．     

科研快讯

正CSBB:新型纳米颗粒或有效治疗机体肠道炎症最近,刊登于国际杂志Colloids and Surfaces B:Biointerfaces上的一项研究论文中,来自乔治亚州立大学和中国西南大学的研究人员通过联合研究开发了一种新型纳米颗粒可以有效阻断在炎性过程中扮演关键角色的细胞表面分子,这种新型纳米颗粒或可作为炎性肠病(IBD)的一种安全性疗法。这种纳米颗粒可以减少CD98的表达,CD98分子是一种促进炎症发生的糖蛋白,研究者Didier Merlin教授说道,我们的研究结果表明,纳米     

细胞对纳米材料的胞吞及其胞内定位相关机制的研究进展

纳米材料具有独特的理化性质,其在纳米生物医药技术中得到广泛的研究,有着良好的应用前景。纳米材料的尺寸分布在纳米级。使其入胞途径和转运方式与一般尺寸的物质略有不同。细胞可通过网格蛋白介导胞吞、陷窝小泡介导胞吞、吞噬作用和巨胞饮等胞吞方式摄取纳米颗粒。吞噬的方式及后续的转运和定位受细胞的类型、状态,以及纳米颗粒的理化性质如元素组成、尺寸、形状、电荷、表面修饰等多种因素共同影响。     

纳米佐剂在抗病毒疫苗中的应用

尽管投入了大量的人力物力,但仍有多种临床相关的病毒预防性疫苗未被开发出来,其中包括人免疫缺陷病毒等对人类健康产生严重威胁的病原体。目前,疫苗开发过程中的一些问题可以通过添加佐剂来解决。因为纳米颗粒的化学和结构特性具有提高免疫原性的功能,因此它们作为疫苗佐剂得到了广泛研究。纳米佐剂已应用到病毒疫苗领域中并获得了巨大的成功。本文旨在综述纳米佐剂的特点与分类及其在病毒疫苗中的应用。     

由乙肝病毒核心蛋白(HBc-VLP)递载的流感通用疫苗Flu@uV设计构建、表征及初步活性研究

目的:构建以HBc为载体的甲型流感病毒HA和M2e流感通用疫苗(Flu@uV),利用大肠杆菌BL21(DE3)表达系统,进行初步的蛋白表达及纯化。在此基础上,构建DNA流感通用疫苗。方法:利用全基因合成的序列为模板,成功构建HA-M2e-HBc、M2e-HBc、HBc、3M2e-HBc和3HA-3M2e-HBc基因的重组质粒,并在大肠杆菌中表达,经SDS-PAGE、Western blot和电镜检测其表达。将纯化的蛋白与弗氏佐剂共同免疫小鼠,取小鼠外周血进行流式细胞分析。通过荧光分析和Western blot初步验证DNA流感通用疫苗在人源胚胎肾细胞(HEK293T)中的表达情况。结果:成功表达纯化了HA-M2e-HBc、M2e-HBc、HBc和3M2e-HBc四种蛋白,经电镜观察到30nm左右的蛋白纳米颗粒样结构。小鼠外周血流式细胞分析显示HBc和3M2e-HBc可以增加小鼠的免疫力,而HA-M2e-HBc和M2e-HBc对小鼠免疫力的提高没有影响。通过荧光检测和Western blot检测说明DNA流感通用疫苗在真核细胞中成功表达。结论:成功构建HBc与甲型流感病毒HA和M2e的病毒样颗粒,为流感通用疫苗的研制奠定了重要基础。     

mRNA疫苗：战胜新型冠状病毒感染的重要突破

2023年诺贝尔生理学或医学奖授予医学家卡塔琳·卡里科（Katalin Karikó）和德鲁·韦斯曼（Drew Weissman）,以表彰他们在核苷碱基修饰方面的发现,这些修饰的发现对于开发针对严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的有效mRNA疫苗至关重要。疫苗接种是预防感染性疾病最经济最有效的措施。到目前为止,疫苗已经从灭活疫苗、重组蛋白疫苗进入到了第三代核酸疫苗。两位科学家的研究发现,掺入修饰碱基的体外转录mRNA可以逃避不良的免疫激活,解决了体外转录的mRNA过度引起炎症反应的问题;进一步的研究发现,含假尿苷的mRNA能更有效地进行翻译。同时 德鲁·韦斯曼对于递送系统的研究与发展也做出了重要贡献。新型冠状病毒感染（COVID-19）爆发后,以两位科学家的研究为基础,mRNA疫苗的研发技术体系被完善,在COVID-19疫情期间为人类抗击SARS-CoV-2起到非常重要的作用。本文介绍了疫苗发展的过程、mRNA疫苗中重要的核苷酸修饰和脂质纳米颗粒技术、针对SARS-CoV-2的mRNA疫苗以及技术发展的总结与展望。     

叶酸修饰增强CdS-TiO_2光动力体外灭活HL60细胞效果探究

本文研究了叶酸修饰硫化镉掺杂二氧化钛(FA-CdS-TiO_2)纳米颗粒体外光动力(PDT)灭活HL60细胞的作用效果,探讨了叶酸修饰增强CdS-TiO_2体外PDT效果的作用机理。采用表面修饰的方法制备FA-CdSTiO_2;通过透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、荧光激发光谱(FS)方法,对纳米颗粒进行结构和光学性质的表征;采用CCK-8法检测细胞活性;利用荧光探针标记技术分析细胞内活性氧水平和细胞对纳米颗粒的摄取效率。实验结果表明:叶酸修饰后,纳米颗粒粒径大小和光学性质符合光敏剂要求,且不会引起新的细胞毒性;通过叶酸修饰,细胞对纳米颗粒的摄取效率提升,细胞内活性氧产量提高,FA-CdS-TiO_2纳米颗粒的PDT效率明显增强,在FA-CdS-TiO_2浓度为20μg/m L时,暗室细胞存活率约为85%,可见光下对HL60细胞的灭活率达78%,实现了较低暗毒性下的较高PDT灭活效率。     

PhaP介导EGFR靶向多肽修饰的肿瘤靶向PHBHHx纳米药物递送载体的构建

聚羟基脂肪酸(PHA)颗粒表面结合蛋白Pha P具有与疏水性高分子材料表面紧密结合的能力,本研究将EGFR靶向多肽(ETP)与PhaP进行融合表达,构建了ETP-PhaP融合蛋白表达的重组工程菌Escherichia coli BL21(DE3)(pPI-ETP-P)。经对工程菌株的诱导表达及ETP-PhaP融合蛋白的纯化后,通过PhaP蛋白介导能够有效地将ETP-PhaP融合蛋白修饰于3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯(PHBHHx)纳米微球表面,构建成为具有EGFR靶向作用的药物递送载体。分别检测宫颈癌细胞系SiHa(EGFR高表达)和CaSKi(EGFR低表达)对ETP-PhaP修饰的PHBHHx纳米药物载体和未经修饰的纳米药物载体的吞噬情况。结果显示,纯化的ETP-PhaP融合蛋白能够很好地吸附于PHBHHx颗粒的表面,经ETP-PhaP融合蛋白修饰的PHBHHx纳米药物载体对EGFR高表达的宫颈癌Si Ha细胞的靶向效果强于EGFR低表达的CaSKi细胞系。这一结果表明了PhaP介导的PHBHHx纳米微球表面EGFR靶向多肽修饰具有简便、高效的优势,为疏水性纳米药物载体表面功能多肽修饰提供了一种新策略。     

表皮生长因子受体在三阴性乳腺癌细胞膜表面的电镜单分子成像研究

目的:利用电镜对三阴性乳腺癌细胞表面的表皮生长因子受体(EGFR)进行超高分辨单分子成像研究。方法:在ITO导电玻璃上培养三阴性乳腺癌细胞系MB-231,经甲醛固定后先与生物素修饰的EGFR特异的核酸适配体孵育,再与链霉亲和素修饰的金纳米颗粒孵育,用生理盐水清洗后,利用扫描电镜对细胞膜表面EGFR分子进行纳米尺度下的超高分辨成像研究。结果:在三阴性乳腺癌细胞膜表面,EGFR可以单体、二聚体和多聚体的形式存在,经统计在常规培养条件下单体比例为36.98%,二聚体比例为12.22%,多聚体比例为50.80%。结论:EGFR在三阴性乳腺癌细胞膜表面主要以包括二聚体在内的多聚体形式存在,所占其总数的比例超过了62%。     

基于毛丹状Au@Ag合金纳米结构的活性细菌表面增强拉曼散射传感

为实现活性细菌的快速和原位检测,使用无机碱性双氧水作为"清洁"还原剂,还原制备了一种毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒,并将其作为表面增强拉曼散射(SERS)基底材料。研究发现:构建的毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒具有较高的表面粗糙度和致密的表面纳米毛刺,该结构对细菌表面的吸附能力较强,且不影响细菌的生物活性;构建的毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒在单颗粒表面具有大量的"纳米针尖"和"纳米间隙",这种结构可产生较强的局部表面等离子体共振效应;将毛丹状Au@Ag合金纳米颗粒吸附于细菌表面,可以有效地增加细菌表面的SERS"热点",且在实际检测中容易操作。利用以上特点,在633 nm的激发光激发下,可以有效获得活性细菌的SERS指纹谱信号,该方法的灵敏度和检测效率高,能广泛应用于微生物细胞的SERS传感分析。     

细菌样颗粒——新型乳酸菌表面展示技术及其应用

细菌样颗粒(Bacterium-like particles,BLPs)是一种新型非遗传修饰型乳酸菌表面展示技术,外源蛋白可通过锚钩蛋白锚定于经热酸处理而得的乳酸菌肽聚糖骨架表面,形成空心表面展示颗粒。因其安全性高、表面展示密度大、黏膜递送效率高,又兼有佐剂效应,BLPs广泛应用于黏膜疫苗和黏膜佐剂的开发、病毒抗原的纯化、生物催化剂的制备等领域。本文就BLPs的构建、独特优势、目前的应用及尚需解决的问题等方面进行详细综述,以期展现BLPs新型表面展示平台的广阔应用前景。     

纳米粒子表面修饰对其与细胞膜相互作用的影响

纳米粒子在生物医学上的应用越来越广泛,其进入细胞的机制与规律是设计与开发的基础．已有研究发现,表面修饰不同亲疏水性基团的金纳米粒子,在内吞机制被抑制时,进入细胞的能力明显不同．更特别的是,粒子表面亲水性基团与疏水性基团呈间隔条纹规则排列的纳米粒子,与其他修饰成分相同仅排列不同的纳米粒子进入细胞的规律区别显著．这一特殊现象无法用已有的纳米粒子进入细胞的机制解释．本文针对该研究结果,将纳米粒子与细胞的体系简化,定量分析了3种不同纳米粒子进入细胞前后的不同状态,计算获得了表面修饰不同亲疏水性基团的纳米粒子与细胞膜之间相互作用的Flory．Huggins自由能．结果发现,修饰规则间隔排列亲疏水基团的纳米粒子,其作用自由能在与细胞接触前后变化最大．研究结果不仅解释了实验发现,同时预示了纳米粒子进入细胞的新机制．     

纳米磁颗粒材料在生物医学检测中的研究进展

纳米磁颗粒具有比表面积大、易于修饰、磁响应性强等优良的物理化学特性,经表面修饰后可负载DNA、核酸、蛋白质、细胞等物质,并能在外加磁场的作用下对负载物进行分离、富集、靶向操纵等,可应用于核磁共振成像、磁热疗等技术中,实现分子水平上的医学检测及疾病的诊断治疗。我们简要介绍了近年来纳米磁颗粒在生物医学检测中的研究进展。     

固定云芝漆酶纳米金颗粒修饰金盘电极的制备及其对氧还原反应的生物电催化性能

利用1,6-己二硫醇作为联结剂将纳米金颗粒修饰到金盘电极上,再以L-半胱氨酸为修饰剂使纳米金颗粒功能化并进一步与漆酶充分作用,制备了固定漆酶的纳米金颗粒修饰金盘电极并以循环伏安法测试了其对氧还原的催化性能。实验结果表明:O2在该电极上还原电位约为-0.26 V(vs SCE),氧还原峰电流为3.0 uA(25℃),较文献[7]报导的固酶聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶修饰ITO电极的氧还原催化性能要优。(氧气还原电位:-0.26 V,vs NHE,峰电流:0.47 uA)进一步研究表明:本文制备的修饰电极稳定性好,适于长期使用而且热稳定性优于文献[7]报道的固酶聚异丙基丙烯酰胺水凝胶修饰ITO电极:50℃时在本文制备的纳米金修饰电极上氧还原峰电流仍保持为25℃时修饰电极上氧还原峰电流的40%左右。     

聚羟基脂肪酸酯纳米微球：结构特征、生物合成及其在生物技术和生物医药领域的应用

聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoate）PHA 纳米微球是很多微生物在营养失衡的情况下,在体内合成的一种可生物降解的细胞内聚酯,主要作为微生物的碳源及能量储备。天然 PHA 微球的内部是由疏水的聚酯链构成的疏水核心,其外层是由磷脂界膜及膜上嵌入或附着的包括 PHA合酶 PhaC 和 PHA 颗粒相关蛋白 PhaP 等蛋白构成的边界层。PhaC 通过共价键连接在PHA微球表面,而 PhaP 通过疏水相互作用吸附在 PHA 微球表面。通过将外源性功能蛋白与 PhaC 或 PhaP 进行融合表达,在重组微生物体内就能直接合成表面带有功能蛋白的纳米微球复合体。由于该纳米微球在微生物细胞内是以独立的包涵体形式存在,因此通过细胞破碎及离心等方法就能简便、有效地使其从细胞中分离并得以纯化。鉴于 PHA 微球这种表面易被修饰改造的特性,越来越多的功能蛋白通过与 PHA 微球表面蛋白（PhaC 或 PhaP）的融合表达,呈递在了 PHA 微球表面,使其成为一种廉价、高效的蛋白固定化及呈递的新技术。本文在介绍了 PHA 微球的结构特性及生物合成的基础上,着重综述了目前关于功能化 PHA 微球在蛋白纯化、固定化酶、生物分离、靶向递药、疾病诊断、成像技术及新型疫苗开发方面的研究现状及其未来在生物医药等领域的广泛应用前景。     

具有佐剂效果的海藻酸钙纳米胶囊制备

利用海藻酸多糖酸沉淀性质并结合乳化技术,本研究开发了一种酸沉淀诱导相变制备海藻酸钙纳米胶囊的新颖方法,并通过改变海藻酸钠溶液和表面活性剂浓度获得了最小平均水动力学直径在300 nm以下的球形凝胶颗粒,粒径分布均一,表面呈负电性。细胞培养实验结果表明,该海藻酸钙纳米胶囊对人外周血来源未成熟树突状细胞的成熟有与肿瘤坏死因子?（TNF-?）和细菌脂多糖（LPS）相当效力的刺激作用。蛋白质分子可通过共价偶联方式负载。该海藻酸钙纳米胶囊在新型疫苗设计、细胞治疗和靶向给药等方面具有重要的应用潜力。     

表面电荷对阳离子基因载体的影响

阳离子基因载体表面带有大量正电荷,由于许多DNA和细胞膜表面带负电荷,因此阳离子基因载体表面电荷有利于提高结合DNA的效率,纳米粒子与细胞膜的吸附也受粒子表面电荷的影响。同时,其表面电荷也是产生细胞毒性的主要原因之一,因此揭示细胞毒性及其作用机制有利于开发出更安全高效的基因递送载体。本文综述了阳离子基因载体表面电荷对DNA结合能力、细胞摄入、转染效率以及细胞毒性及其作用机制的影响。