蛋白质在聚乙烯醇高分子界面上的识别、稳定和粘附动力学理论研究

以配基修饰的聚乙烯醇界面上组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）吸附、稳定过程以及以结直肠癌研究中的关键蛋白IGFBPs的识别过程为原型，通过分子模拟方法、in silico单分子实验方法、低维内禀通道、相互作用的自由能Landscape计算、分子场动力学等方法开展研究，发展蛋白质-高分子界面识别、黏附、稳定化动力学中新的研究方法和工具。并与浙江大学医学院分子病理学实验室合作，借助他们所积累的分子病理学的研究特长，结合试验改进理论。

本项目的研究通过蛋白质在高分子等界面上吸附、稳定过程以及识别过程的in silico 模拟，结合试验，发展介观体系蛋白质-界面识别、黏附、稳定化动力学中新研究方法和工具。研究工作主要成果是发现了极化水层和力学特性对蛋白质界面动力学的重要影响并发展了研究、计算其自由能的新理论方法。具体内容如下：1）我们首先构造分子模型研究了组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）和高分子凝胶的相互作用并提供了分子机制的细节；结合试验预测并证实了IGFBP7-胰岛素等小分子的识别动力学中的协同机制，证明其内禀鲁棒性来源于识别动力学的力学特性而非传统认为的静电作用。2）研究中认识到蛋白质-高分子的识别自由能对预测试验的重要意义，该数值可以通过基于Jarzynski方程的自由能计算来分析。相对于传统方法，它具有操作便捷，节省计算资源的优点，成为自由能计算相关领域的研究热点。现在有一些报道对Jarzynski方程所得自由能数据的精确度提出了质疑。我们分析了其在界面上误差主要来源为极化水层，提出了HYBRID 自由能计算方法成功的解决了该问题，为蛋白质固定化工艺、药物分离控释、单分子力谱试验提供了更可靠的理论工具。对极化水对蛋白质界面动力学影响的观点补充了B Honig等人过去提出的该过程主要来自静电作用的观点。3）应用新方法、新观点研究了蛋白质在药物分离、传感器固定材料表面的动力学行为，重点分析极化水层对蛋白质界面稳定性的影响和利用该性质保护蛋白质高级结构，降低试剂盒、传感器等产品制造成本的工艺策略。研究工作发表于Biomaterials（领域顶级）等著名期刊，受邀在澳大利亚昆士兰大学ICCCS-2会议作邀请报告。学科建设方面，和英国帝国理工，瑞典皇家理工和美国UIUC等高校建立了密切的学术联系。合作创立浙大软物质研究中心并任中心副主任。取得了一定影响，现已成为国内相关交叉学科领域的一支重要研究力量。推动了相关研究在软物质研究等交叉学科中的发展，以及科学成果在生物医学工程等国家重大需求中的实际应用。