多肽对纳米颗粒的识别性亲和及其在组装生物功能纳米结构中的应用研究

Construction of functional nanostructure relies heavily on oriented and adjustable assemblies of different components. Biomolecules, such as proteins have been widely used as building blocks for functional nanostructures in the design of morden biomedicine. Such nanostructures have been used for detection and therapy purposes. Antibody - conjugated nanoparticles have been explored as drug delivery carriers targeting to tumor cells. Antibodies generally were not well oriented and possess low actives in nanostructures prepared through covalent bonding. How to realize oriented binding of antibodies to nanoparticles still remain as a grand challenge. This study will explore the mechanisms of the affinity interactions between polypeptide and nanoparticle, thus realizing assembling of peptide site - specifically coupled antibody and nanoparticles, forming ordered assemblied systems. It will increase the effectiveness of binding of antibodies to antigens on tumor cell surfaces. This project will also study the impacting factors of stability of such antibody - bound nanostructure, to enable their stabilily in blood and realize controlled drug release. This study is expected to provide a new concept in designing oriented tuneable assemblies for biotechnology applications.

功能性纳米结构的构建大多依赖于不同组分间有序和可控的组装与结合。在生物医药领域，许多用于检测和治疗的功能性纳米结构是通过蛋白质等生物分子与纳米颗粒的组装、结合来构建的。其中，抗体与纳米颗粒的组装与结合被广泛用于构建靶向性给药系统。共价连接手段通常用来将抗体与纳米颗粒结合，但得到的纳米结构有抗体取向不一、活性低的弱点。如何有效实现抗体与纳米颗粒的有序组装至今仍是该领域尚未很好解决的重大问题。本项目将研究多肽与纳米颗粒的非共价特异性亲合规律，并通过多肽与抗体的定点偶联，使抗体可借助多肽的亲和作用在纳米颗粒表面定向自组装，实现抗体取向一致的目的，提高抗体与肿瘤细胞表面抗原结合的有效性。同时研究此类抗体-纳米颗粒有序组装结构的稳定性的影响因素，以便实现有序组装结构在血液中的良好稳定性，达到可控药物释放的目的。本项目可望为有序可控组装功能性纳米结构提供新的思路。

功能性蛋白与纳米材料间的结合方式对生物功能纳米结构的有效性和稳定性起到关键作用。经筛选或设计的亲和多肽具备与特定材料产生强亲和作用的潜力，以其作为连接体，将功能性蛋白偶联在纳米材料表面，实现蛋白的高效有序组装，是亲和多肽组装蛋白的优势所在。本项目从材料合成和多肽筛选入手，研究亲和多肽与材料界面的相互作用行为，利用亲和多肽对材料表面进行功能化修饰，通过亲和多肽实现了功能蛋白在纳米材料表面的高效有序组装，并开发了以壳聚糖为基础的纳米颗粒载药体系。获得的主要成果如下：.1. 利用壳聚糖纳米颗粒，实现了对难溶药物鬼臼毒素（PPT）的包载及pH可控释放。所制备的纳米颗粒载药体系均一稳定、具有良好的生物相容性，提高了药物利用度和对肿瘤细胞的杀伤效果。.2. 筛选得到聚氨酯亲和12肽，通过该多肽的吸附，可显著提高聚氨酯的生物相容性；筛选得到壳聚糖亲和7肽和12肽，亲和7肽与壳聚糖间的相互作用存在两种形式，中性与酸性条件更有利于含芳香环多肽在壳聚糖表面的吸附；而碱性条件利于亲水性多肽的吸附。亲和12肽在材料表面亲和性更强，被用于融合抗体的表达和靶向纳米颗粒的构建。.3. 建立了克隆表达含亲和多肽的融合抗体片段的技术手段，采用壳聚糖纳米颗粒和anti-HER2抗体片段构建了具有主动靶向的载酶纳米颗粒，发现其良好的靶向性和催化前药转化并抑制肿瘤细胞生长的潜力。.4. 我们发现融合表达了单壁碳纳米管亲和多肽的碳酸酐酶在碳纳米管表面的吸附量显著增加，以单分子层形式覆盖了超过50%的碳管表面积，亲和组装后的碳酸酐酶保持原始酶的二级结构和游离酶67%的酶活，酶活保持率显著优于传统的共价连接手段。.5. 实现了原位液体池电镜技术对活的大肠杆菌的实时成像，可观察到菌毛等亚细胞结构和液体流动的动态行为，为真核活细胞动态行为研究提供基础。.项目完成了各项考核指标，所获得的研究成果发表SCI收录论文7篇，申请专利3项，培养博士后1名，博士生1名，硕士生2名。