基于活性氧响应性细胞膜仿生纳米载体的蛋白质药物传输系统及其用于肺纤维化治疗

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31370974
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1002.生物材料与生物效应
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Protein drugs have attractive prospects in the treatment of lung fibrosis and other major human diseases, developing safe and efficient carrier materials to maintain their activities as well as achieve the targeted and controlled release is the key to fully exert their therapeutic efficacy. The project is proposed to build a biodegradable and reactive oxygen species (ROS)-responsive biomimetic nanocarrier to achieve the efficient delivery of protein drugs for improving fibrosis treatment. A well-known biodegradable natural polysaccharide, chitosan is modified by introducing cell membrane mimicked phosphorylcholine groups with zwitterionic charge and arylboronic ester modified side groups with ROS-induced hydrophilic-shift property, which can assemble with protein drugs to form nanocomplexes, but release them induced by oxidative stress in the pathological environment of fibrosis. And cell membrane-mimicking nanostructures can be benificial to maintaining protein activity, inhibiting the body's defense mechanism to activate and improving transmembrane transport. We will investigate the synthesis of ROS-responsive biomimetic chitosan derivatives, and the effect of their structure on the loading, activity and ROS-responsive release of protein drugs, as well as the biocompatibility, interaction with cells, in vivo behavior and the inhibition effect on lung fibrosis of biomimetic nanocomplexes, to reveal the interrelation of ROS-responsive biomimetic nanocarriers, protein, cell and tissue. The study will provide the basis for the design and application of the safe and efficient protein drug delivery systems and have important scientific significance.
蛋白质药物在治疗肺纤维化等人类重大疾病方面具有诱人前景,发展安全高效的载体材料保持其活性并实现靶向控释是充分发挥其疗效的关键。本项目提出构建一种生物降解型活性氧(ROS)响应性仿生纳米载体,用于实现抗纤维化蛋白质药物的高效化。在壳聚糖上分别引入亲水性仿细胞膜结构的磷酸胆碱和响应ROS发生疏水-亲水转变的芳基硼酸酯修饰侧基,蛋白质药物可与其组装形成纳米复合物,并在纤维化的氧化应激病理环境下定位释放,而细胞膜仿生纳米结构有利于维持蛋白质活性,抑制机体防御机制激活及促进跨细胞膜转运。系统研究ROS响应性仿生壳聚糖衍生物的合成,其结构对蛋白质药物的负载及响应性释放行为的影响,以及纳米复合物的生物相容性、与细胞相互作用、在体行为及肺纤维化抑制效果,阐明ROS响应性仿生载体与蛋白质及机体组织细胞间的相互作用规律,为安全高效的蛋白质药物等诊断治疗物质传输系统的设计及应用提供依据,具有重要科学意义。

结项摘要

蛋白质药物在治疗肺纤维化等人类重大疾病方面具有诱人前景,但如何保障其高效发挥治疗作用仍然是亟待解决的难题。本项目从仿生出发,提出构建可生物降解的,能有效负载并维持蛋白质活性,并在氧化应激病理环境下定位释放的活性氧(ROS)响应性仿生纳米系统,用于实现抗纤维化蛋白质药物的高效化。系统研究了仿细胞膜结构的两性磷酸胆碱(PC)和带双正电荷的磷酸二胆碱(PdC)修饰壳聚糖衍生物(PCCs和PdCCs),及具有可响应ROS发生疏水-亲水转变的芳基硼酸酯修饰壳聚糖衍生物(PCCs-BSer和乙二醇壳聚糖GC-NBC)和聚天冬氨酸衍生物(PASP-BSer)等智能高分子的合成及ROS响应性纳米系统的构建、理化和生物学性能规律;分别以小分子药物和牛血清白蛋白为模型研究其载药和响应性释放;以Calu-3上皮细胞层为细胞模型和博来霉素诱导的肺纤维化大鼠为动物模型,研究了负载重组成纤维细胞生长因子受体胞外段(rhFGFR)(治疗蛋白ED-1)的纳米系统经肺给药的跨上皮细胞层行为机制及肺纤维化抑制效果。结果表明:不同电荷特性的PCCs和PdCCs均具有特异的结合水结构,可有效维持蛋白质构象,并表现出良好的生物相容性;ROS响应性PCCs-BSer、GC-NBC和PASP-BSer均可自组装形成生物相容性良好的ROS响应性纳米系统,且GC-NBC可进一步与含儿茶酚结构的疏水性多酚(如槲皮素)偶联构成抗炎性的ROS/pH双响应性纳米载体系统;细胞和动物实验结果证实,肺给药方式施加rhFGFR纳米药物可以通过穿胞及胞间方式经肺上皮细胞层发挥作用,有效抑制肺纤维化。综上所述,我们成功制备了多种可实现蛋白质药物高效化的ROS响应性纳米仿生载体,较系统地研究了其与蛋白和机体组织细胞间相互作用,可为安全高效的蛋白质药物传输系统的设计及应用提供依据,促进纳米医学等学科的发展。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
A quantitative study of MC3T3-E1 cell adhesion, morphology and biomechanics on chitosan-collagen blend films at single cell level
单细胞水平壳聚糖-胶原蛋白共混膜上 MC3T3-E1 细胞粘附、形态和生物力学的定量研究
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2015.04.037
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces B-Biointerfaces
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Wang Chuang;Xie Xu-dong;Huang Xun;Liang Zhi-hong;Zhou Chang-ren
  • 通讯作者:
    Zhou Chang-ren
Branched dicationically-charged phosphodicholine (PdC) modified chitosan with specific associated water structure and unique interactions with biocomponents
支链双电荷磷酸二胆碱 (PdC) 改性壳聚糖,具有特定的相关水结构和与生物成分的独特相互作用
  • DOI:
    10.1016/j.reactfunctpolym.2017.12.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Reactive and Functional Polymers
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Xingwen Huang;Bangren Fang;Zehang Xu;Zhaoyu Cao;Rong Zeng;Mei Tu;Jianhao Zhao
  • 通讯作者:
    Jianhao Zhao
Novel self-assembled pH-responsive biomimetic nanocarriers for drug delivery
用于药物输送的新型自组装 pH 响应仿生纳米载体
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2016.03.099
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Wu Minming;Cao Zhaoyu;Zhao Yunfei;Zeng Rong;Tu Mei;Zhao Jianhao
  • 通讯作者:
    Zhao Jianhao
In-situ detection of resveratrol inhibition effect on epidermal growth factor receptor of living MCF-7 cells by Atomic Force Microscopy
原子力显微镜原位检测白藜芦醇对MCF-7活细胞表皮生长因子受体的抑制作用
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2014.01.024
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Biosensors & Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Zhang Lu;Yang Fen;Cai Ji-Ye;Yang Pei-Hui;Liang Zhi-Hong
  • 通讯作者:
    Liang Zhi-Hong
Preparation, characterization and protein sorption of photo-crosslinked cell membrane-mimicking chitosan-based hydrogels
光交联细胞膜模拟壳聚糖基水凝胶的制备、表征和蛋白质吸附
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2016.05.067
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Zhao Yunfei;Ma Liubo;Zeng Rong;Tu Mei;Zhao Jianhao
  • 通讯作者:
    Zhao Jianhao

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液晶/聚氨酯复合基底影响rBMSCs成骨分化的研究
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    --
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    --
  • 作者:
    吴昊;张嘉晴;曾戎;屠美
  • 通讯作者:
    屠美
聚氨酯材料表面微波辅助接枝聚乙二醇的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    功能材料
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    赵剑豪
聚乙烯醇/季铵盐壳聚糖复合水凝胶的制备及其烫伤敷料的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邸勋;査振刚;屠美;曾戎
  • 通讯作者:
    曾戎

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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