理解納米顆粒與生物體系之間的相互作用，對於設計安全有效的功能化納米材料，促進其臨床應用具有重要意義。在生物環境中，蛋白質等生物分子極易吸附在納米顆粒的表面，進而影響其後續的生物效應。發生在納米界面的蛋白質吸附是一個高度動態的複雜過程，例如，形成的蛋白質冠中各種蛋白質的豐度會隨着時間的推移和環境的改變不斷地發生演化。關於納米顆粒表面蛋白質冠在生物環境中的演化行為的研究，尤其是蛋白質冠的形成機理和動態交換過程，對闡明納米生物界面的互作機制和指導納米材料的理性設計起着重要的作用。
近日，西北工業大學材料學院尚利教授團隊在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發表了題為「Chirality-Dependent Dynamic Evolution of the Protein Corona on the Surface of Quantum Dots」的文章（DOI:10.1021/acsami.2c11874）。在前期的研究中，該團隊發展了一種基於熒光共振能量轉移（FRET）的納米生物分析平台，可以高靈敏定量監測單一蛋白質在手性納米顆粒表面的吸附行為（Small, 2020, 16: 1907633）。該論文則進一步基於FRET技術結合凝膠電泳方法，定量探究了蛋白質冠在複雜生物介質中的動態演化行為，進而闡明了手性對蛋白質動態交換過程的影響機制。在近期的研究工作中，該團隊還基於近紅外二區熒光成像技術揭示了手性Ag2S量子點在活體水平上的生物效應及腫瘤靶向特性（Sci. Bull. 2022, 67:1274），構建了一種基於納米材料類酶催化性質的可高通量表徵蛋白冠的比色分析平台（Anal. Chem.2022, 94:8783），並基於金屬納米糰簇的本徵熒光和抗菌活性實現了對超小尺寸團簇抗菌過程的可視化分析（Nano Res. 2022, doi:10.1007/s12274-022-4837-x）。
（2）使用FRET方法，探究了兩種不同性質的血清蛋白質與手性量子點的相互作用，均表現出明顯的手性效應。
（3）通過FRET實時監測，結合動力學擬合，定量研究了手性量子點表面蛋白質冠在單一蛋白質中的動態交換過程，獲得了反映該交換過程的定量參數，進而揭示了影響該過程的關鍵因素。
（4）凝膠電泳實驗進一步證實手性量子點表面的蛋白質冠發生了動態變化。
（5）通過上述分析方法，進一步定量研究了手性量子點表面蛋白質冠在人血清中的動態交換過程，亦表現出類似的手性效應。
這些信息將有助於進一步加深研究者對複雜生物環境中蛋白質與手性納米顆粒間的互作機制的理解，並為未來納米藥物的發展提供幫助。
論文第一作者為西北工業大學材料學院博士生屈少花，通訊作者為西北工業大學材料學院尚利教授，西北工業大學材料學院為論文第一完成單位。該工作還得到了中國科學院長春應用化學研究所姜秀娥團隊的支持。
Shaohua Qu, Zihan Qiao, Wencheng Zhong, Kangqiang Liang, Xiue Jiang and Li Shang. Chirality-dependent dynamic evolution of the protein corona on the surface of quantum dots, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022.
原文鏈接
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c11874
尚利，西北工業大學材料學院教授、博士生導師，倫敦瑪麗女王大學客座教授，德國洪堡學者，國家級青年人才。2010年於中科院長春應用化學研究所獲分析化學博士學位，之後在德國卡爾斯魯厄理工學院從事博士後研究工作。2016年加入西北工業大學材料學院。研究方向主要致力於從事功能發光納米材料的基礎和應用創新研究，包括金屬納米糰簇的精確合成與應用、新型熒光納米傳感技術與器件、納米材料生物效應的機理研究。迄今已在Nano Today、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Sci.、Sci. Bull.等國內外學術期刊發表論文100餘篇，引用次數超過9000次，H-指數為48。入選愛思唯爾2021中國高被引學者，受邀擔任《ChineseChemical Letters》編委、《Journal of Analysis and Testing》青年編委等學術兼職。
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