纳米药物粒子胞吞过程对纳米药物粒子蛋白冠尺寸选择性机制研究

Nanotechnology has provided an effective way for the treatment of diseases. By nanoparticle,drug can be transported to the target cell,which is one of the ways to significantly improve efficacy. The interaction between nanoparticles of drug and target cell depends endocytosis process. Experiments have shown that, for endocytosis of nano drug particle,its efficiency is determined by the optimal diameter of spherical nano drug particle or the aspect ratio of spherocylindical nano drug particle.At the same time, the length of lignad-receptor complex also has significant effects on the interaction between nano drug particle and biomembrane, and slectively controls the size of bioparticle between nanoparticles of drug and biomembrane. The physics hided in these experiments needs to be revolved. Based on the analysis of the experiments above and the elasticity theory of biomembrane,a model is set up, which includes the length of ligand-receptor,deplet -ion effects,the interaction beteween the ligand and receptor,the elasticity of nano drug particle and biomembrane.By this model,the competition beteween the length of ligand-receptor complex and depletion effects and the deterimining factors of the diameter and aspect ratio of nano drug particle during endocytosis can be detected, which will show highlights into the design of nano drug particle.

纳米技术为治疗疾病提供了有效途径,利用纳米药物粒子靶向施药,是目前显著提高药效的途径之一,纳米药物粒子与靶细胞作用依赖于胞吞过程.实验表明,纳米粒子胞吞进入细胞,胞吞效率与球形纳米粒子直径或柱形纳米药物粒子的长度-直径比有关.同时,配体-受体尺寸对纳米药物粒子与生物膜的相互作用有显著影响,对纳米药物粒子与生物膜之间的生物粒子具有选择性，这些实验背后的物理机制尚待解决.鉴于此，在考虑配体-受体尺寸效应,排空效应,配体-受体相互作用,纳米药物粒子和生物膜弹性性质的基础上,建立表征纳米药物粒子胞吞过程的生物膜弹性理论模型,探究配体-受体尺寸效应与排空效应的竞争关系、球形纳米药物粒子最优尺寸的决定因素及柱形纳米药物粒子胞吞效率与其长度-直径比之间的确定关系,并确定柱形纳米药物粒子长度-直径比、配体-受体长度及柱形纳米药物粒子半径之间的相图，从而指导纳米药物粒子的设计.

纳米技术为治疗疾病提供了有效途径，利用纳米药物粒子靶向施药，是目前显著提高药效的途径之一，纳米药物粒子与靶细胞作用依赖于胞吞过程。实验表明，纳米粒子胞吞进入细胞，胞吞效率与球形纳米粒子直径或柱形纳米药物粒子的长度-直径比有关。同时，配体-受体尺寸对纳米药物粒子与生物膜的相互作用有显著影响，对纳米药物粒子与生物膜之间的生物粒子具有选择性，这些实验背后的物理机制尚待解决。.在这种背景下，建立了包含配体-受体相互作用势，配体-受体复合体尺寸，排空效应及纳米药物粒子和生物膜弹性性质的纳米药物粒子胞吞的连续弹性理论模型，研究纳米药物粒子内吞过程，并获得一系列研究结果。配体-受体复合体尺寸对细胞环境中生物粒子具有选择性，当受体-配体复合体尺寸小于细胞环境中生物粒子尺寸，排空效应被削弱，当受体-配体复合体尺寸大于细胞环境中生物粒子尺寸，出现逆排空效应现象；受体-配体复合体尺寸是胞吞过程中球形纳米药物粒子最优尺寸的决定因素；并将该模型应用于球形病毒粒子研究，确定HIV、SFV等病毒粒子表面的配体密度。在此基础上，拓展该模型到柱形纳米药物粒子内吞过程，给出配体-受体尺寸、柱形纳米药物粒子长度-直径比及柱形纳米药物粒子半径之间的相图，随着配体密度的增加，形状因子逐渐增大，即形状因子与配体密度要匹配，回答了相关分子动力学模拟中遇到的问题（分子动力学模拟中，随着配体密度的增大，内吞柱形生物粒子从laying down 到standing up的转换序列消失）；在此基础上，考虑受体构象熵，开展纳米药物粒子内吞微正则系综研究，受体扩散的热力学及动力学分析表明受配体尺寸效应和排空效应显著影响病毒粒子的内吞过程,在由纳米粒子半径、形状因子构成的相空间中，内吞速率相图表明排空效应与配体-受体长度尺寸在胞吞过程中的协同效应显著增强纳米药物粒子内吞。