陈春英课题组在纳米-生物界面相互作用研究取得系列新进展

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

纳米材料-生物界面相互作用研究是纳米材料安全性效应的研究基础，是纳米材料安全性设计以及纳米产业可持续发展的重要保障。由于纳米材料的独特理化性质，在生物组织工程材料、生物传感、药物载体、重大疾病诊疗等医学相关领域表现出强大临床应用前景，尤其对于肿瘤等高度异质性疾病的个体化诊断和治疗极具潜力。然而，高度异质性、非平衡的动态生理环境，使得纳米材料进入生物体系并未能如设计地完全靶向目标位点，将持续与生物体系内的分子、结构相互作用，引起表面理化特性改变，进一步影响其进入细胞的途径、在生物体内的行为及其最终的命运。因此，全面了解纳米生物相互作用的潜在机制对于安全有效的纳米药物的智能设计至关重要。

近期，国家纳米科学中心陈春英研究员（点击查看介绍）团队综述了近年来纳米药物纳米-生物相互作用的研究进展，重点介绍了纳米药物-生物界面的驱动力和氧化还原反应，这已被公认为调控纳米药物功能和毒性的主要因素。首先，作者综述了不同纳米药物与不同生物界面（包括蛋白质、细胞膜和生物流体）的相互作用力，例如疏水、静电、氢键、分子识别、金属配位和立体选择性相互作用。纳米颗粒和生物分子的理化性质不同，导致结合后的蛋白质结构重组、功能障碍和生物活性丧失；相应的，工程纳米材料（ENMs）的表面性质、生物学功能、细胞内摄取途径和命运也受到影响。其次，在这些作用力下，利用与活性氧（ROS）、抗氧化剂、表面吸附分子和氧化还原酶关键活性基团的四种氧化还原相互作用，来调节细胞内氧化还原平衡并构建功能性纳米药物来实现抑菌和抗肿瘤的目的。最后，作者讨论了影响纳米-生物界面相互作用的重要因素，并提出了相应的界面相互作用调控策略来实现纳米材料的安全性设计。

该成果近日以“The Nano−Bio Interactions of Nanomedicines: Understanding the Biochemical Driving Forces and Redox Reactions”为题发表在知名杂志Acc. Chem. Res.上。并入选封面文章。

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The Nano–Bio Interactions of Nanomedicines: Understanding the Biochemical Driving Forces and Redox Reactions.

Yaling Wang, Rong Cai, Chunying Chen*

Acc. Chem. Res., 2019, 5, 1507-1518, DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00126

陈春英研究员介绍

陈春英，国家纳米科学中心研究员。1996年于获华中科技大学生物医学工程获得博士学位。1996年11月至2006年5月，中国科学院高能物理研究所博士后并留所工作。2006年6月加入国家纳米科学中心。

研究领域主要包括纳米毒理学，纳米医学，纳米生物界面，纳米材料在生物系统中的转化和命运。相关研究在国际重要期刊发表论文200余篇，中国授权专利18项，国际授权专利1项。先后承担科技部国家重点研发计划纳米专项、973项目课题、国家自然科学基金、欧盟地平线2020项目、欧盟第六、第七框架计划(EU-FP6&FP7)、国际原子能机构协调研究计划(IAEA)等多项国内与国际合作项目。于2011年获“中国标准化杰出人物—创新人物奖”，2012年获“国家自然科学二等奖(2)”，2014年获中国青年女科学家奖， 2017年被评为中国科学院第五届“十大杰出妇女”，多次入选全球高引用科学家, 2018年获“国家自然科学二等奖(1)”。2018年当选亚洲毒理学会秘书长。

http://nanoctr.cas.cn/chenchunying/keyanchengguo/

http://www.nanoctr.cas.cn/chenchunying/ketizu/

https://www.x-mol.com/university/faculty/23167

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的或者产生的想法是什么？

A：本综述中，我们主要是针对于纳米材料的生物学效应以及针对它来进行纳米药物的开发。众所周知，纳米材料进入生物体系，将在分子、细胞以及生物水平上，持续与生物相互作用，从而影响其在生物体内的行为以及其最终命运。因此研究纳米材料与界面相互作用的行为及其机制，是开展纳米药物安全设计的一个重要方面。我们通过研究纳米材料在细胞膜，分子以及流体中的生物相互作用类型及其对纳米材料进入细胞的行为和方式的影响，研究作用机制，从而用于指导纳米材料的安全设计，为获得具有高的生物相容性，安全性和生物功能的纳米材料提供了设计思路。

Q：除了生物分子的相互作用之外，还有哪些因素是影响纳米材料安全设计的重要方面呢？

A：纳米材料在与生物相互作用的过程中，除了会吸附分子形成“纳米材料-生物分子”复合物，影响纳米材料自身体内的行为，同时纳米材料也将影响这些生物分子的结构以及功能，产生新的生物效应，甚至毒性。这些生活相互作用受到材料理化特性以及生物环境的生理参数影响。我们也从这三方面，对于纳米材料的安全性设计提供了设计思路。