基本信息
- 項目名稱：
- 介孔硅/蛋白類復合型多功能納米藥物控釋系統(tǒng)的構建與生物學評價
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本作品首先利用化學修飾方法，在介孔硅表面引入二硫鍵；然后，創(chuàng)新地采用生物相容性好、生物可降解的天然蛋白類分子—膠原封堵介孔，構建介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)；而后，用乳糖酸分子功能化該系統(tǒng)，實現(xiàn)顆粒與肝細胞的特異性相互作用；最后，評價了介孔硅/蛋白類復合型納米顆粒與細胞間的作用機理以及復合型納米顆粒在細胞內的存在位置與狀態(tài)，為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎。
- 詳細介紹：
- 本作品分析了目前介孔硅功能復合納米材料在生物醫(yī)藥領域的應用研究進展，并提出了構建一種兼具細胞特異性靶向性和細胞還原性物質/酶響應性的介孔硅/蛋白類多功能復合型控釋系統(tǒng)的科學設想；通過對介孔硅納米材料表面行特定的化學修飾與生物修飾，該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)細胞靶向性，還能針對病變細胞實現(xiàn)細胞內藥物的還原響應性 “生物爆破”釋放，這在藥物可控釋放、靶向癌癥治療、靶向基因遞送等領域展示了其廣闊的應用前景。 本作品利用簡單的化學修飾方法，在介孔硅表面引入二硫鍵，實現(xiàn)控釋系統(tǒng)的還原響應性。同時，創(chuàng)新的采用生物相容性好、生物可降解的天然蛋白類分子—膠原分子作為介孔硅納米材料的納米封堵器，構建介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)，而后通過乳糖酸分子功能化復合型納米系統(tǒng)，其能與肝癌細胞膜表面受體（ASGP-R）的特異性吸附，實現(xiàn)功能性復合顆粒與肝細胞的特異性相互作用；最后，本作品評價了多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米顆粒與細胞間的作用機理，并實時評價了復合型納米顆粒在細胞內的存在位置與狀態(tài)，為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品以介孔硅納米顆粒為藥物儲存器，二硫鍵為分子紐帶，將天然蛋白質—膠原作為納米封堵器固定到介孔硅納米材料表面，并利用乳糖酸功能化膠原大分子，構建一種新型的介孔硅/蛋白類復合型多功能智能響應性納米儲藥池控釋系統(tǒng)，其既能特異性識別靶細胞，又具有細胞還原性物質/酶響應性。同時，本作品還評價了上述復合型納米顆粒與細胞間的作用機理，為設計新一代介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)奠定了理論基礎。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：以功能性分子修飾介孔硅納米材料，實現(xiàn)藥物的智能控釋和靶細胞的特異性識別。 先進性：首次構建出介孔硅/蛋白類復合型多功能還原響應性納米儲藥池控釋系統(tǒng)，并能特異性識別肝癌細胞。 獨特之處：以介孔硅納米顆粒為藥物儲存器，還原響應性有機分子（二硫鍵）為分子紐帶，天然有機大分子—膠原做為納米封堵器，乳糖酸作為靶細胞的特異性配體，為設計新型介孔硅/蛋白類復合型智能納米系統(tǒng)建立了模型。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 本作品報道的介孔硅/蛋白類復合型智能響應性納米系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)細胞靶向性，還能針對病變細胞實現(xiàn)細胞還原響應性“生物爆破”釋放，這在藥物可控釋放、靶向癌癥治療、靶向基因遞送等領域展示了其廣闊的應用前景。本作品還系統(tǒng)地評價了多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米顆粒與細胞間的作用機理，并實時評價了復合型納米顆粒在細胞內的存在位置與狀態(tài)，這為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)奠定了一定的現(xiàn)實意義。
學術論文摘要
- 本作品分析了目前介孔硅功能復合納米材料在生物醫(yī)藥領域的應用研究進展，并提出了構建一種兼具細胞特異性靶向性和細胞還原性物質/酶響應性的介孔硅/蛋白類多功能復合型控釋系統(tǒng)的科學設想；通過對介孔硅納米材料表面行特定的化學修飾與生物修飾，該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)細胞靶向性，還能針對病變細胞實現(xiàn)細胞內藥物的還原響應性 “生物爆破”釋放，這在藥物可控釋放、靶向癌癥治療、靶向基因遞送等領域展示了其廣闊的應用前景。 本作品利用簡單的化學修飾方法，在介孔硅表面引入二硫鍵，實現(xiàn)控釋系統(tǒng)的還原響應性。同時，創(chuàng)新的采用生物相容性好、生物可降解的天然蛋白類分子—膠原分子作為介孔硅納米材料的納米封堵器，構建介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)，而后通過乳糖酸分子功能化復合型納米系統(tǒng)，其能與肝癌細胞膜表面受體（ASGP-R）的特異性吸附，實現(xiàn)功能性復合顆粒與肝細胞的特異性相互作用；最后，本作品評價了多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米顆粒與細胞間的作用機理，并實時評價了復合型納米顆粒在細胞內的存在位置與狀態(tài)，為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復合型納米系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎。
獲獎情況
- 暫無。
鑒定結果
- 1.未見以天然蛋白質-膠原分子構建介孔硅/蛋白類智能納米系統(tǒng)的報道；創(chuàng)新地用乳糖酸分子功能化該系統(tǒng)。2.本作品得到中國從事生物材料研究的張興棟院士(唯一)及中國生物醫(yī)學工程學會理事長樊瑜波教授的肯定。
參考文獻
- 1.Mal N K, Fujiwara M, Tanaka Y. Photocontrolled reversible release of guest molecules from coumarin-modified mesoporous silica[J]. Nature, 2003, 421: 350-353. 2.J. Lu, M. Liong, J.I. Zink, F. Tammanoi. Mesoporous silica nanoparticles as a delivery system for hydrophobic anticancer drugs. Small, 2007, 3: 1341–1346. 3.Meng H, Xue M, Xia T, Zhao Y L, Tamanoi F, Stoddart J F, Zink J I, Nel A E. Autonomous in vitro anticancer drug release from mesoporous silica nanoparticles by pH-sensitive nanovalves[J]. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132: 12690—12697. 4.Estela Climent, Ramón Martínez-Mańéz, Félix Sancenón, María D. Marcos, Juan Soto, Angel Maquieira, Pedro Amoroes. Controlled delivery using oligonucleotide-capped mesoporous silica nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4734–4737.
同類課題研究水平概述
- 一、智能藥物控制釋放系統(tǒng)：智能藥物控制釋放系統(tǒng)能特異性識別靶位組織，定時、定量地將所需劑量藥物導入病灶部位，針對病變細胞實行定向“爆破”；提高藥物療效，減少藥物毒副作用。 二、納米介孔硅的生物相容性：合理控制載體材料的粒徑大小與形貌特征可提高非吞噬類細胞對藥物載體的攝入效率。介孔硅納米材料孔道高度有序、比表面積高、孔容大，可以被開發(fā)為納米儲藥池；粒徑在50-1000 nm內可調控；其能被人體內的病變細胞和正常細胞所高效內吞，且具有良好的生物相容性。 三、介孔硅“納米儲存器”：單一納米介孔硅釋放系統(tǒng)不能有效控制藥物釋放行為且無生物靶向性，應用范圍受限。Tanaka等以介孔硅納米顆粒為藥物儲存器、香豆素為“有機納米塞”，首次實現(xiàn)介孔硅納米儲存器的光控可逆釋放。此外，對介孔硅表面進行合適的生物與化學官能團修飾，可實現(xiàn)對細胞、組織的定點、定時、定量控制釋放。 四、納米介孔硅智能藥物控釋系統(tǒng)的應用類型舉例:(一）無機納米塞控制器-介孔硅控釋系統(tǒng)：以介孔硅為藥物儲存器、粒徑小于10 nm的無機粒子為納米塞、響應性小分子為連接紐帶構建的智能藥物控釋系統(tǒng)。Lin等以萬古霉素與三磷酸腺苷作為模型藥物，負載到介孔內；并通過二硫鍵紐帶將硫化鎘量子點固定到介孔硅表面，構建生物還原響應型無機納米塞控制系統(tǒng)。通過體外實驗證明系統(tǒng)處于正常的生理條件下，能長時間保持“零釋放”；而特定的還原性生理條件下(DTT、GSH)可斷裂二硫鍵，開啟納米塞，釋放出藥物分子。但是，無機納米塞顆粒不能生物降解，容易在體內造成富集，因此其應用還存在潛在的生物毒理學風險。（二）生物有機大分子-MSN控制釋放系統(tǒng)：以介孔硅為藥物儲存器、響應性生物有機大分子為納米塞構建的智能藥物控釋系統(tǒng)。Lin 等利用聚乙二胺樹枝狀聚合物（G2-PAMAM）作為“有機大分子納米塞”，在封堵介孔硅納米儲存器的同時，改變了介孔硅納米顆粒表面的電荷特性，使其能與DNA靜電吸附，實現(xiàn)藥物、基因的“雙遞送”。但其缺陷在于，藥物的控制釋放依賴于PAMAM的降解，屬于“被動”控釋過程，故系統(tǒng)響應性欠佳。 總之，表面功能化和封堵的介孔硅納米顆粒是理想的刺激響應性載體，適用于控制藥物和基因的遞送。研發(fā)兼具細胞特異靶向性和特定刺激響應性的藥物控釋系統(tǒng)具有重要意義，這正是本作品擬展示的核心所在。
