基于表面增强拉曼二维“热点”阵列点阵的细胞粘附研究

Micro-nano scale cell adhesion existing cell-cell or cell-ECM interface determined by integrin plays very important roles in the nature life, and could adjust several of physiology and pathology processes. Due to the cell adhesion usually existing at the micro-scale interface between cell membrane and cell membrane, at the same time, the interaction signal is pretty weak and hard to capture. Therefore, the molecular configurations of active sites and functional groups and the mechanism of conformation change for integrin are still unclear and need to be further explored. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy is capable of offering enhanced structural information about analyte at metal interfaces, and it makes convenient to study molecular interactions at the interface. The present study will focus on developing large-scale surface fixed 2D micro-nano scale "Hot-spot" array dots which hold SERS activity. Meanwhile, the single 2D "Hot-spot" array dot will be employed as the probe to track the adhesion process of cell adhesion in-vitro. Basing on the nature of SERS about interface enhancement and sensitivity on molecular structure to obtain the enhanced signal of molecular interactions at the cell adhesion interface, the current study aims to explore the ligand-receptor interactions and the configurations of active sites of integrin during the cell adhesion process. This work may provide new interface for further study on cell adhesion, and new theoretical support for elucidating the biological functions of integrin.

整合素介导的细胞与细胞、细胞与胞外间质（ECM）界面间的微-纳尺度细胞粘附是生物体内的一种重要生命现象，调节多种生理和病理过程。由于细胞粘附常发生在细胞膜与细胞膜间的微米空间内，信号微弱、难以捕获。因此，整合素调控细胞粘附的作用基团、活性位点分子构象及转变机制仍有待进一步阐明。表面增强拉曼散射（SERS）光谱能够提供吸附于金属界面物质分子水平的结构信息，为研究界面上分子水平的相互作用提供了便利。本研究拟制备大范围SERS活性的界面固定2D微-纳“热点”阵列点阵基底，并以单个微-纳“热点”阵列点作为细胞粘附界面探针，体外模拟细胞粘附。借助SERS增强效应和对物质结构敏感的特性，放大细胞粘附界面的分子相互作用信号，并以其为主要手段实现整合素在界面粘附的吸附方式、配体-受体相互作用机理及结合部位局域构象的解析，为深入研究细胞粘附和阐明整合素的生物功能提供新的界面准备和理论依据。

细胞与细胞、细胞与胞外间质间的接触粘附是生物体内的一种重要生命现象, 参与调节细胞的多种生理和病理功能。由于生物体内的细胞粘附发生在细胞膜与细胞膜之间的微米空间内，信号瞬时、微弱且难以捕获。因此设计一种可直接追踪粘附界面微纳尺度分子相互作用微弱信号的方法，将有可能极大地推进细胞生物学的融合发展，为深层理解细胞粘附的分子机制、调控、及相关生物医药的开发具有重大的研究意义。近年来，随着界面化学和纳米材料加工技术的发展，微纳功能化的体外细胞粘附界面成为这一研究领域的热点和趋势。.应用申请人开发的界面纳米功能化技术基础（STONA），项目旨在制备具有SERS增强效应的界面固定微-纳2D“热点”阵列点阵基底，并以单一微-纳2D“热点”阵列点作为粘着点探针体外模拟、追踪细胞粘附，同时，考察不同细胞受外界物质、粘附界面功能因子的调控响应。项目成功开发出了金纳米十字、纳米球点阵阵列，同时实现了阵列点的大小调控（可实现2微米到1微米的连续变化）。所开发的点阵阵列，纳米颗粒不仅规整排布实现区域等离子体增强，同时颗粒之间形成增强“热区”，而且借助R6G拉曼探针分子，点阵阵列在SERS光谱下可实现对10-14M的R6G分子探测。项目应用量子计算技术开展了区域增强的测试和机理探讨。为明确不同细胞对外界的调节作用和响应，项目同时开展了不同细胞对功能性因子和不同信号通路的调控和连续应激研究。.SERS活性微-纳“热点”点阵阵列，不仅能为探讨细胞粘附等生物界面现象提供新的平台，还可为一体化、便携式微型光谱探测器的开发提供新的技术手段和思路。同时，项目发现的不同细胞对外界功能因子和微环境的应激结果，可为细胞通路应激和不同功能因子筛选提供科学指导和依据。