NatureProtocols:納米生物分子冠分析表征方法學取得重要進展

　　7月23日，國家納米科學中心陳春英院士團隊和英國伯明翰大學lseult Lynch教授團隊在納米生物分子冠分析表征方法學方面取得重要進展，相關研究成果總結以Analysis of nanomaterial biocoronas in biological and environmental surroundings為題，發表在Nature Protocols期刊。

　　納米材料/納米藥物一旦進入生物體內或環境體系中，表面會迅速吸附多種生物分子形成“納米生物分子冠”，包括蛋白質、糖、核酸和代謝物分子等。表面形成的生物分子冠，尤其是蛋白冠，賦予納米材料新的生物學特性，影響其細胞攝取、免疫應答、生物分布、體內清除等行為，決定著納米材料的代謝過程和最終的生物學命運。納米生物分子冠的研究有助于深入了解納米材料的藥理特性和毒性效應，對于指導納米結構的合理設計和納米醫學的臨床轉化至關重要。然而，生物體系的高度復雜性和生物分子間的動態相互作用為納米生物分子冠的分析表征帶來了巨大挑戰。

　　陳春英院士團隊長期致力于發展納米蛋白冠的分析方法及其化學生物學效應研究。近年來，基于同步輻射大科學裝置、空間多組學、分子間互作分析、分子動力學模擬、同位素標記等多種技術，發展了高靈敏、高分辨的原位定量表征方法，揭示了納米蛋白冠的吸附和動態演化規律，取得了一系列創新研究成果（Nat Nanotechnol, 2022, 17, 993-1003； Nat Nanotechnol, 2021, 16, 708-716； Nat Nanotechnol, 2019, 14, 719-727； Nat Commun,2022, 13, 5389； PNAS, 2022, 119, 23 e2200363119； PNAS, 2011, 108, 16968-16973； J Am Chem Soc, 2022, 144, 21, 9184-9205； J Am Chem Soc,2013, 135, 17359-17368等），為納米生物效應與納米醫學研究提供關鍵、前沿的分析手段，推動了納米生物醫學的發展。

　　在前期工作基礎上，研究團隊系統總結了過去多年來率先發展的納米蛋白冠分析表征方法，歸納形成詳細完整的實驗手冊。優化建立的工作流程包括納米生物分子冠（蛋白冠和代謝物分子冠等）的形成、制備、定量、組分鑒定、原位表征及動態互作等全部過程。技術方案涵蓋了電鏡（如TEM、Cryo-TEM）、質譜（如CE-MS、LC-MS/MS）、同步輻射分析方法（如SR-CD、SR-XAFS）、分子互作分析（如QCM-D、BLI、SPR、ITC）和分子動力學模擬（MD）等多種不同的分析手段，實現了對納米生物分子冠的物理化學性質表征、組分、原位動態互作等全方位的系統表征。該實驗手冊詳細總結了上述各種分析方法的優化實施方案，為全面分析納米生物分子冠提供了具有實用價值的研究策略。不僅適用于闡明納米生物分子冠的形成、演化和動態互作過程，也為揭示納米-生物界面影響納米材料體內復雜的化學生物學效應背后的機制提供了有力的研究工具，在納米科學、生物醫藥、毒理學和環境科學等諸多研究領域具有重要的應用價值。

　　圖. 納米生物分子冠分析表征技術方案和工作流程圖

　　英國伯明翰大學張鵬博士（現為中國科學技術大學特任教授）和國家納米科學中心曹明晶項目聘用副研究員為共同第一作者。國家納米科學中心陳春英院士、英國伯明翰大學Iseult Lynch教授和郭志靈助理教授為該論文共同通訊作者。上述研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）和新基石科學基金等項目的支持。

　　原文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41596-024-01009-8