表面修饰的金纳米颗粒对模拟细胞膜结构的影响

The developed multidrug resistant (MDR) Gram-negative bacteria make the development of new anti MDR bacterial agent become a research hotspot. It is reported that gold nanoparticles (GNPs) capped with positively charged amino-substituted pyrimidines could effectively kill MDR Gram-negative bacteria, and had no impact on human and animal cells. However, the antibacterial mechanism of GNPs has not been studied clearly. Therefore, this study will work on the effect of the GNPs on cell membrane structure. In this study, SAXS technique will be used to detect the structure changes of animal and bacteria cell membranes under the interactions of different GNPs. And confocal fluorescence microscopy will be used to detect the integrity of those cell membranes. Additionally, luminescent GNPs will be used to replace the normal non luminescent GNPs to check the similarities and differences between the luminescent and non luminescent GNPs. The most important purpose of step is to detect the position of GNPs after interact with the two kinds of membranes. The 2D electron density distribution function of the phospholipid membranes will be also calculated. Through these studies, we can give a more comprehensive elaboration on the antibacterial mechanism of GNPs. And this study has important guiding significance to the further development and utilization of antibacterial agents against the MDR bacteria.

革兰氏阴性细菌发展出的多药耐药性使得开发新型抗菌剂成为研究热点。已有的研究表明表面正电嘧啶分子修饰的金纳米颗粒具有较好的抗菌活性，可有效杀死具有多药耐药性的革兰氏阴性细菌，且不对人体和动物细胞产生影响。然而，金纳米颗粒的抗菌机制并不清楚。本项目拟利用磷脂膜模拟动物细胞膜和细菌细胞膜，用同步辐射SAXS技术研究表面不同电荷修饰的金纳米颗粒引起模拟细胞膜结构的变化，用共聚焦荧光渗漏显微实验检测磷脂囊泡的完整性；用发光金纳米颗粒代替普通不发光金纳米颗粒检查发光和不发光金纳米颗粒对两类细胞膜结构影响的异同以及金纳米粒子的赋存状态，并通过理论计算磷脂膜二维电子密度分布。通过交叉对比分析研究阐述金纳米颗粒的抗菌机制。这一研究对进一步开发和利用抗多药耐药性细菌的新型抗菌剂具有重要指导意义。

本项目实施按计划执行，设定的目标基本上实现。纳米技术的发展使得纳米材料在众多领域中得到广泛应用，特别是在生物医药领域，纳米材料展示了独特的优势。因此，近年来纳米材料在抗多药耐药细菌，靶向抗癌等医药方面的研究越来越广泛和深入。本项目利用同步辐射技术围绕纳米颗粒在生物医药领域重点研究了1.不同表面修饰的金纳米颗粒与模拟细胞膜相互作用；2.金纳米颗粒表面电势与带电基团尺寸对上述相互作用的影响；3.模拟细胞膜尺寸对上述相互作用的影响4.胶束与微乳液的可逆转变；5.银纳米颗粒形核生长受温度的影响；此外拓展研究6.富勒醇纳米颗粒与转铁蛋白的相互作用及其抗肿瘤机制等。. 本项目研究发现1只有正电荷修饰的金纳米颗粒（具有显著抗菌特性直径4nm的Au_DAPT与未知抗菌特性直径6nm的AuNH3+和AuNMe3+）可使模拟革兰氏阴性细菌细胞膜（PEPG）从完整的囊泡结构转变成具有六角孔洞排列的结构，孔洞直径约3nm，同时，共聚焦荧光渗漏实验证实了该孔洞的产生。并且此纳米颗粒对模拟动物细胞膜并没有影响，即此正电荷修饰的金纳米颗粒选择性的破坏革兰氏阴性细菌细胞膜，这对药物的临床应用是非常关键的；没有电荷修饰以及表面负电荷修饰的金纳米颗粒并不具有使细胞膜变性的能力，同时也没有抗菌的能力；2.正电修饰的金纳米颗粒的表面电势越高，表面分子带电基团的尺寸越大，其对细菌细胞膜的破坏作用也越大，因此其抗菌的效能也会越高；3. 模拟细胞膜的直径尺寸对该相互作用影响不大。4.在离子液体存在的条件下，通过调控温度可以使胶束和微乳液发生互相转变，通过这一研究可拓展纳米材料可控制备领域。5.银纳米颗粒从形核到生长过程在温度的影响下通过沿(200)方向定向融合方式生长。这一研究为我们纳米材料的制备提供了时间维度上温度的控制条件。6.证实了两种富勒醇纳米颗粒可以通过抑制转铁蛋白对铁离子的输运而起到抗肿瘤的效果，同时还给出了两种富勒醇对转铁蛋白构象的影响，得到其抗肿瘤的一种机制。