吸入大气细颗粒物与肺表面活性剂、细胞交互作用的力学机制与生物学研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    91543125
  • 项目类别：
    重大研究计划
  • 资助金额：
    100.0万
  • 负责人：
    胡国庆
  • 依托单位：
    中国科学院力学研究所
  • 学科分类：
    B0607.环境毒理与健康
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The fine particulate matter (PM) particles in the air enter into human body mainly via the respiratory system, and deposit at the deep lung or translocate from the air-blood barrier into the circulatory system. During this process, the types and physicochemical properties of the PM particles determine their interaction with the cells or organs of the lung, thereby causing different biophysical effects and health risks. By considering the physicochemical properties of the PM particles, the goals of the present project are: to develop the combined methodologies in mechanics and biology for investigating the interactions between PM particles and natural pulmonary surfactant films and analyzing their inhibition to the biophysical functions of the surfactant films; to elucidate the biophysical mechanisms of the formation of lipoprotein corona during PM particles’ interaction with natural pulmonary surfactants; to explore their impacts on the cell membrane structures, the cell membrane receptor-mediated signaling pathways and related inflammation reactions. The gained results will broaden and deepen our insight into the toxicity of inhaled PM particles, and hopefully provide translational knowledge for the pulmonary drug delivery and lung injury treatment in the near future.
大气细颗粒物主要通过呼吸系统进入人体，沉积在肺部深处或通过肺部的气－血屏障进入人体循环。在此过程中，大气细颗粒物的种类及理化性质最终决定了其与肺部组织细胞或器官的交互作用强弱，并造成不同的生物效应，带来不同的健康风险。本项目拟从大气细颗粒物的物理化学性质出发，通过力学与生物学的综合交叉，研究细颗粒与天然肺表面活性剂单层膜的交互作用，分析其对单层膜生理功能的抑制机制，阐明细颗粒与天然肺表面活性剂膜交互作用过程中脂蛋白冕形成的生物物理机制，探索其随后与细胞膜交互作用的强弱、与膜受体信号通路的作用和触发炎症反应的分子机制。所获得的成果将从一个新角度丰富和加深对吸入大气细颗粒物毒理机理的认识，并有望为将来肺部药物给药和肺损伤修复的研究构建基础。

结项摘要

大气细颗粒物主要通过呼吸系统进入人体，沉积在肺部深处或通过肺部的气－血屏障进入人体循环。在此过程中，大气细颗粒物的种类及理化性质最终决定了其与肺部组织细胞或器官的交互作用强弱，并造成不同的生物效应，带来不同的健康风险。本项目从大气细颗粒物的物理化学性质和状态出发，通过力学与生物学的综合交叉，研究细颗粒与肺表面活性剂单层膜的交互作用。根据项目实施计划，本项目全面完成了研究目标，取得的重要进展包括：1）从分子层次厘清大气细颗粒物与肺表面活性剂膜交互作用的力学机制、水-气界面上单层膜的吸附规律；2）研究了多种细颗粒物与肺表面活性剂交互作用过程中生物分子冕的形成机制，揭示了颗粒物的不同物理化学性质如何影响分子冕构成成分的规律；3）研究了表面覆盖肺表面活性剂分子冕的颗粒物与细胞膜结构的交互作用过程，探索了分子冕-受体依赖的作用途径和纳米毒性机制；4）建立了更接近于真实生理条件的生理实验模型，实现了可控温度与湿度环境下引导颗粒物从空气一侧接触肺表面活性剂膜；5）深入研究了复杂介质中纳米颗粒的输运机理。发表了8篇SCI论文，其中7篇论文为中国科学院SCI一区论文，SCI总引用数114次。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
A Generalized Formula for Inertial Lift on a Sphere in Microchannels
微通道中球体惯性升力的广义公式
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Lab on a Chip
  • 影响因子：
    6.1
  • 作者：
    Liu Chao;Xue Chundong;Sun Jiashu;Hu Guoqing
  • 通讯作者：
    Hu Guoqing
Unveiling the Molecular Structure of Pulmonary Surfactant Corona on Nanoparticles
揭示纳米颗粒上肺表面活性剂电晕的分子结构
  • DOI：
    10.1021/acsnano.7b01873
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    ACS Nano
  • 影响因子：
    17.1
  • 作者：
    Hu Qinglin;Bai Xuan;Hu Guoqing;Zuo Yi Y.
  • 通讯作者：
    Zuo Yi Y.
Nanoparticle Ligand Exchange and Its Effects at the Nanoparticle-Cell Membrane Interface
纳米颗粒配体交换及其对纳米颗粒-细胞膜界面的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Nano Letters
  • 影响因子：
    10.8
  • 作者：
    Wang Xinyi;Wang Xiaofeng;Bai Xuan;Yan Liang;Liu Tao;Wang Mingzhe;Song Youtao;Hu Guoqing;Gu Zhanjun;Miao Qing;Chen Chunying
  • 通讯作者：
    Chen Chunying
Computational Investigations of the Interaction between the Cell Membrane and Nanoparticles Coated with a Pulmonary Surfactant
细胞膜与涂有肺表面活性剂的纳米颗粒之间相互作用的计算研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Bai Xuan;Xu Ming;Liu Sijin;Hu Guoqing
  • 通讯作者：
    Hu Guoqing
Sheathless Focusing and Separation of Diverse Nanoparticles in Viscoelastic Solutions with Minimized Shear Thinning
粘弹性溶液中各种纳米粒子的无鞘聚焦和分离，最小化剪切稀化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Analytical Chemistry
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Liu Chao;Ding Baoquan;Xue Chundong;Tian Yu;Hu Guoqing;Sun Jiashu
  • 通讯作者：
    Sun Jiashu

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    胡国庆
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    张旭东
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基于粘弹性效应的颗粒微流控汇聚与分离
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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

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          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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