应用高通量表面等离子共振技术系统研究纳米粒子与生物分子相互作用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771105
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1007.纳米生物学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The molecular mechanism of the interaction between nanomaterials and biological systems is crucial for the safety assessment and biomedical applications of nanomaterials. Therefore, the study of the interaction between nanomaterials and proteins has become a hot topic. Yet, systematic study is still rare, and no general principle has been revealed; some studies even show contradictory results. Therefore, there is an urgent demand of systematic study on the interaction between nanoparticles and a large number of proteins under various conditions by high-throughput methods, to reveal the principles underneath. In this project, using high-throughput surface plasmon resonance (SPR) technology, we will study the binding affinity and kinetics of nanoparticles (with different physicochemical parameters and surface functional groups) with a variety of proteins (plasma proteins, surface receptor proteins from phagocytic cells and surface specific receptor proteins from tumor cells) under various conditions, and correlate these results with the corresponding cell uptake, to elucidate the effect of physicochemical parameters and surface functional groups on the interaction between nanoparticles and proteins, and to reveal the mechanism of the protein corona formation and cellular uptake of nanoparticles. In the meantime, with the aid of the high-through method, we will explore the interaction between nanomaterials and non-protein biomolecules to find new bioeffects and new phenomena.
阐明纳米材料与生物系统相互作用的分子机制对纳米材料的生物安全性评价及生物医学应用至关重要。因此,纳米粒子与蛋白质相互作用成为当前国际上的热门研究领域。然而目前大多数工作缺乏系统性,一些结果甚至相互矛盾,无法得到普遍性规律。因此亟需通过高通量的研究方法,系统地研究不同纳米粒子与大量蛋白质在多种不同条件下的相互作用规律。本项目拟采用基于表面等离子共振(SPR)的高通量技术,系统研究具有不同理化参数和功能基团的多种纳米粒子与多种蛋白质(血浆蛋白,吞噬细胞及肿瘤细胞的表面特异受体蛋白)在多种条件下的结合热力学和动力学规律,并与细胞摄取等生物效应相关联,系统阐明纳米粒子的理化参数和功能基团对其与蛋白质相互作用、纳米粒子蛋白冠的形成的影响规律,及纳米粒子的细胞摄入等生物效应的分子机制。同时,借助建立的高通量方法,开展纳米粒子与非蛋白类生物分子相互作用的前瞻性探索研究,以期发现新的生物效应分子或新现象。

结项摘要

纳米材料的生物医学应用和安全性评估都亟需我们了解纳米材料与生物体系的作用机制,其核心问题就是纳米粒子与生物分子的相互作用机制,而这直接决定纳米材料的生物效应。为了揭示纳米粒子与生物分子的相互作用规律,我们运用基于表面等离子共振(SPR)的高通量技术结合多种谱学和生物学研究手段,系统研究了多种纳米粒子与血浆蛋白、肿瘤细胞受体以及生物小分子相互作用的热力学和动力学机制及相关影响因素;揭示了纳米粒子本身的理化性质(粒径、表面电荷、表面配体等)改变纳米粒子与蛋白质作用、继而影响细胞摄入的机制和规律,并揭示了这一机制在与不同生物介质相互作用时的差异。特别的是,我们发展了一种通过控制纳米粒子表面结合多肽的构象来调控其与细胞表面受体作用的新方法,发现了多种生物小分子(如脂肪酸)和离子(如钙离子)可以显著影响纳米粒子与蛋白质相互作用进而改变纳米粒子的细胞效应,还首次发现了不同粒径纳米粒子之间在细胞摄入时存在竞争机制这一新现象。本课题完成了预定研究内容,已经发表SCI论文17篇,获得专利授权4项。课题完成期间3名学生获得博士学位,7名学生获得硕士学位。此外,课题负责人以第五完成人获得了2018年度国家自然科学二等奖。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Characterization of the Specific Interactions between Nanoparticles and Proteins at Residue-Resolution by Alanine Scanning Mutagenesis
通过丙氨酸扫描诱变以残基分辨率表征纳米粒子和蛋白质之间的特异性相互作用
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c05994
  • 发表时间:
    2020-08-05
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Luo, Lei;Liu, Yuan-Yuan;Cao, Aoneng
  • 通讯作者:
    Cao, Aoneng
Artificial antibody created by conformational reconstruction of the complementary-determining region on gold nanoparticles.
通过金纳米粒子互补决定区构象重建产生的人工抗体
  • DOI:
    10.1073/pnas.1713526115
  • 发表时间:
    2018-01-02
  • 期刊:
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Yan GH;Wang K;Shao Z;Luo L;Song ZM;Chen J;Jin R;Deng X;Wang H;Cao Z;Liu Y;Cao A
  • 通讯作者:
    Cao A
Effects of VO2 Nanoparticles on Human Liver HepG2 Gells: Cytotoxicity, genotoxicity, and Glucose and Lipid Metabolism Disorders
VO2纳米颗粒对人肝HepG2细胞的影响:细胞毒性、遗传毒性以及糖脂代谢紊乱
  • DOI:
    10.1016/j.impact.2021.100351
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    NanoImpact
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Jia-Bei Li;Wen-Song Xi;Shi-Ying Tan;Yuan-Yuan Liu;Hao Wu;Yuanfang Liu;Aoneng Cao;Haifang Wang
  • 通讯作者:
    Haifang Wang
Ag nanoparticles inhibit the growth of the bryophyte, Physcomitrella patens
银纳米粒子抑制苔藓植物小立碗藓的生长
  • DOI:
    10.1016/j.ecoenv.2018.08.021
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Ecotoxicology and Environmental Safety
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Liang Lin;Tang Huan;Deng Zhaoguo;Liu Yuanfang;Chen Xing;Wang Haifang
  • 通讯作者:
    Wang Haifang
Intestinal injury alters tissue distribution and toxicity of ZnO nanoparticles in mice
肠道损伤改变了 ZnO 纳米粒子在小鼠体内的组织分布和毒性
  • DOI:
    10.1016/j.toxlet.2018.05.038
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    TOXICOLOGY LETTERS
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Du, Li-Jing;Xiang, Kun;Wang, Haifang
  • 通讯作者:
    Wang, Haifang

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基于LUR的二氧化氮浓度空间分布模拟及其下垫面影响因素分析
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  • 作者:
    王海芳
  • 通讯作者:
    王海芳

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王海芳的其他基金

纳米材料被细胞摄取的尺寸效应规律研究
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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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