蛋白冠與納米藥物調(diào)控策略

陳春英*

國家納米科學中心，北京，100190

*Email: chenchy@nanoctr.cn

 

納米顆粒/納米藥物一旦進入生命體系，將面對復雜的多重生物屏障和生理結構，納米材料/納米藥物與不同組織器官、細胞、生物流體微環(huán)境等復雜納米-生物界面的互作方式是決定其被遞送到目標部位的核心步驟。其中，生物流體的生物分子迅速與納米顆粒表面結合，如納米與血液蛋白分子互作形成的“納米蛋白冠”作為起始步驟，對納米顆粒體內(nèi)的輸運和命運影響巨大，引起了科學界的廣泛關注。蛋白冠的存在不僅會影響和調(diào)控納米顆粒在生物體內(nèi)的行為、代謝過程及其最終的命運，進而也會影響納米藥物生物醫(yī)學功能的發(fā)揮；與納米藥物遞送技術的多個瓶頸問題，如長循環(huán)、肝脾富集、免疫原性等現(xiàn)象密切相關。

如何揭示“納米蛋白冠”對納米顆粒體內(nèi)命運的影響是長期面臨的巨大挑戰(zhàn)。其中，缺乏跨尺度、高靈敏、原位表征的技術手段是制約其發(fā)展的關鍵瓶頸問題。我們提出了納米蛋白冠的原位表征、多種同步輻射分析技術和代謝分析方法聯(lián)合應用的研究策略，通過發(fā)展多種同步輻射分析技術，實現(xiàn)高靈敏、高分辨地原位解析納米材料在靶組織、靶細胞內(nèi)的分布及其化學形態(tài)；闡明體內(nèi)納米材料的生物化學轉化過程。蛋白冠的形成受到納米材料及其理化特性的影響，包括尺寸、結構、晶型和表面修飾分子的種類、電荷、手性等。同時，這些性質(zhì)將影響生物分子與納米材料相互作用的位點、分子取向以及生物活性等。本報告將重點闡述納米蛋白冠的化學生物學性質(zhì)以及如何指導納米藥物的理性設計與臨床轉化。

Fig. 1 Chemical and Biophysical Signatures of the Protein Corona in Nanomedicine

關鍵詞：納米蛋白冠；納米藥物；體內(nèi)命運；理性設計

參考文獻

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Protein Corona and Strategies for Nanomedicine 

Chunying Chen^*

CAS Key Laboratory for Biomedical Effects of Nanomaterials and Nanosafety & CAS Center for Excellence in Nanoscience, National Center for Nanoscience and Technology of China

*Email: chenchy@nanoctr.cn

 

An inconvenient hurdle in the practice of nanomedicine is the protein corona, a spontaneous collection of biomolecular species by nanoparticles in living systems. The protein corona is dynamic in composition and may entail improved water suspendibility and compromised delivery and targeting to the nanoparticles. How much of this nonspecific protein ensemble is determined by the chemistry of the nanoparticle core and its surface functionalization and how much of this entity is dictated by the biological environments that vary spatiotemporally in vivo? How do we “live with” and exploit the protein corona without significantly sacrificing the efficacy of nanomedicines in diagnosing and curing human diseases? Because of the complexity of the biological environment and the dynamic variations in the bioactivity of nanomedicines, in situ, label-free analysis of the transport and transformation of nanomedicines has remained a challenge. Recent improvements in optics, detectors, and light sources have allowed the expansion of advanced light source (ALS) analytical technologies to dig into the underexplored behavior and fate of nanomedicines in vivo.

Thus, in this talk, we will discuss the chemical and biophysical signatures of the protein corona and ponders challenges ahead for the field of nanomedicine. We also discuss the challenges and limitations faced by current approaches and tools and the expectations for the future development of advanced light sources and technologies. Improved ALS imaging and spectroscopy techniques will accelerate a profound understanding of the biological behavior of new nanomedicines.

 

 

陳春英，中國科學院院士，國家納米科學中心研究員，新基石研究員。先后擔任國家重點研發(fā)計劃“納米科技”、“納米前沿”重點專項首席科學家。

長期在分析化學領域，從事納米蛋白冠分析與納米藥物分析，建立納米顆粒生物體內(nèi)行為的檢測方法與機制，發(fā)現(xiàn)了納米顆粒體內(nèi)命運的隱身效應、遠端效應、生物可利用效應等關鍵化學生物學特性，成為藥物遞送領域的重要分析方法和依據(jù)，被制定為多項ISO和國家標準。在Nature Nanotechnology, Nature Methods, Nature Protocols, Science Advances, National Science Review, CCS Chemistry, PNAS, JACS, Angew Chem等期刊發(fā)表論文400余篇，取得了系統(tǒng)性的研究成果，先后兩次獲得國家自然科學獎二等獎，榮獲全國五一巾幗標兵、IUPAC化學化工杰出女性獎、TWAS 化學獎、RSC Environment Prize、中國青年女科學家獎等。目前擔任ACS Nano執(zhí)行主編以及National Science Review， Science Bulletin等多個期刊的編委。目前擔任中國化學會理事、女化學工作者委員會副主任委員等。2023年當選為中國化學會會士。