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原题目:国家纳米中央在纳米卵白冠介导纳米质料体内转运和生物行使研究获希望

克日,国家纳米科学中央研究员陈春英课题组Nature Nanotechnology(《自然-纳米手艺》)上,在线揭晓了题为Molybdenum derived from nanomaterials incorporates into molybdenum enzymes and affects their activities in vivo的研究功效。该研究是体内纳米卵白冠生物效应研究领域的最新功效,首次报道了含有必须微量元素钼的二硫化钼纳米质料由纳米卵白冠介导的怪异的体内转运、代谢和生物行使历程。

纳米质料/纳米药物一旦进入生命系统,将面临庞大的多重生物屏障和心理结构,纳米质料/纳米药物与差别的组织器官、细胞、生物流体微环境等庞大纳米-生物界面的互作方式是决议其被递送到目的部位的焦点步骤。纳米-血液卵白分子互作形成的“纳米卵白冠”作为起始步骤,若何展现“纳米卵白冠”对纳米颗粒体内运气的影响是历久面临的挑战,其中,缺乏跨尺度、高敏捷、原位表征的手艺手段是制约其生长的要害问题

针对上述问题,该研究提出了集纳米卵白冠的原位表征和代谢剖析方式、卵白质组学、分子模拟盘算在内三位一体的研究计谋。研究人员基于同步辐射大科学装置与高分辨活体荧光成像,生长出跨尺度的原位化学测量方式,通过集成多种同步辐射先进剖析手艺(同步辐射微束X射线荧光、X射线近边吸收结构谱学、软X射线透射成像nanoCT等),确立了纳米质料在生命体内的代谢历程与化学形态的高敏捷、高分辨原位表征方式,实现了单细胞水平的纳米质料的空间定位,阐明晰体内纳米质料的氧化还原、降解、代谢及生物化学转化行为。该研究综合运用先进光源的原位表征手艺、“纳米卵白冠”的互作纪律研究、高性能理论盘算的分子机制剖析,并行实时交互多方数据链条,编织组织能够展现纳米质料在生命体内的代谢全历程与化学形态的信息网。

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纳米卵白冠介导的纳米质料“体内转运-生物转化-生物行使全历程”

以二硫化钼MoS2为研究工具,研究人员通过上述确立的剖析方式,研究了纳米-卵白质、纳米-血液、纳米-肝脏和纳米-脾脏等相互作用历程,展现了质料外面的“纳米卵白冠”组分载脂卵白E(ApoE)主要介导MoS2在肝脏Kupffer细胞和脾脏红髓巨噬细胞中的富集;MoS2纳米质料在肝脏和脾脏中发生化学与生物转化,降解天生钼酸根离子,进而在肝脏进入钼酶中钼辅因子的生物合成,增添两种主要的钼黄素酶(醛氧化酶和黄嘌呤氧化还原酶)的活性。该研究首次系统地阐明晰纳米卵白冠介导的“纳米质料体内转运-生物转化-生物行使”这一“体内运气的全历程”,这为深入明白纳米-生物界面调控纳米质料体内庞大的化学生物学效应和机制提供了新熟悉;首次证实了含必须微量元素的纳米质料在体内可被生物行使的历程与机制。

随着学界在MoS2等二维过渡金属硫化物研究方面的希望逐渐深入,其在生物医学领域(如药物递送、肿瘤诊疗、生物成像和生物传感应用)显示出优越的性能。因此,这些纳米质料的体内应用需稀奇关注其在体内的生物行使度及其对药效的影响,这是纳米质料生物医学应用的新发现和新思索。

近年来,陈春英课题组基于同步辐射等大科学装置,确立与生长了针对庞大生物系统纳米质料的剖析方式,这些方式具有高敏捷、高分辨、元素特异、原位等优点,被应用于定量剖析纳米-生物界面大分子(卵白质、磷脂)相互作用、定性表征纳米质料在生物体内的化学行为(Nature Nanotechnol, 2019, 14: 639; Acc Chem Res, 2019, 52: 1507; JACS, 2021, 143: 1846; JACS, 2013, 135: 17359等)。这些先进方式为纳米生物效应与纳米医学研究提供了要害和前沿的剖析手段,有利于推动纳米生物医学的生长。

国家纳米中央博士毕业生曹明晶、副研究员蔡绒、博士毕业生郭梦雨和中科院高能物理研究所研究员赵丽娜为论文的配合第一作者,陈春英为论文通讯作者。研究工作获得国家重点研发设计、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项(B类)和上海、北京和合肥光源等的支持。

泉源: 国家纳米科学中央

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