手性纳米纤维的冠状蛋白和细胞学效应研究

【摘要】纳米生物学整合了多学科知识，已经成为生物医学重要的分支。由于其应用于生物成像，疾病诊断，肿瘤治疗的广阔前景，为了更好的探索其生物医学方面的应用，需要对其生物体系的纳米生物界面和生物学效应更深入的研究。目前，深入研究的纳米材料有胶体金颗粒，嵌段共聚物，以及碳纳米材料等，但是对一维纳米材料的生物安全性及其对细胞影响的研究还很少，主要集中在碳纳米管对机体的毒性研究，但是这些研究不足以完全理解1D纳米材料和生物体系之间的相互作用。本文研究了一维纳米材料中纳米纤维和细胞间的相互作用。本论文中利用手性天冬氨酸具有和硝酸锌形成配位聚合物的能力，合成了具有手性的含金属的纳米纤维，通过扫描电子显微镜（SEM）表征了其纳米纤维的属性，直径约为100nm，长度可达上百微米；圆二色谱（CD）光谱显示两种手性纳米纤维在250nm处具有相反的科顿效应峰，验证了合成材料的手性；同时，通过电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）表明合成的手性纳米纤维在PBS（pH7.4）中是没有释放锌离子的，即手性纳米纤维在PBS（pH7.4）中是稳定存在的。细胞微环境是近年来研究的热点，细胞微环境在细胞增殖，伤口愈合，胚胎发育，组织分化等生理现象中起着重要的作用。而对于肿瘤的发生发展，科学家认为正是由于其特殊的微环境，比如低pH，低氧，还有其特有的分泌蛋白等，造成了肿瘤难以治愈的根本原因。而现有的纳米材料还缺乏高效靶向性，其原因可能是由于冠状蛋白的存在和肿瘤微环境的影响。本文合成的手性纳米纤维能特异性的吸附细胞微环境中的分泌蛋白热休克蛋白90（Hsp90）和基质金属蛋白酶（MMPs），这些冠状蛋白在以前的研究中还没有报道过。采用一维聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）和质谱结合的方法鉴定了手性纳米纤维表面吸附的蛋白Hsp90，再进一步通过明胶酶谱法鉴定出了MMP2，MMP9蛋白，这些细胞外基质中的蛋白能够调节各种细胞反应和细胞内信号通路，比如细胞迁移，增殖，自噬等。本研究中还合成了其他手性氨基酸与金属离子形成的配位聚合物纳米材料，结果显示手性氨基酸对吸附冠状蛋白的种类没有影响，而金属离子在这类材料吸附冠状蛋白中起着核心地位。最后，本文研究了手性纳米纤维对细胞行为及胞内信号的改变，数据提示了手性纳米纤维能够抑制细胞迁移，减缓细胞增殖，提升细胞内活性氧簇（ROS）水平，和激活细胞内自噬效应。这些研究显示手性纳米纤维能特异性的吸附细胞微环境的蛋白和分泌蛋白，并对细胞行为和细胞内信号通路进行调控。并且其生物学效应显示，L型手性纳米纤维比D型手性纳米纤维激活更大的细胞反应，但是最后的累积效应几乎相同，这种累积效应依赖于手性纳米纤维的作用时间及其浓度。
【作者】张海辉；
【导师】谢秋宏；宫建茹；
【作者基本信息】吉林大学，生物化学与分子生物学，2014，硕士
【关键词】手性纳米纤维；冠状蛋白；细胞学效应；肿瘤微环境；热休克蛋白90；基质金属酶；纳米生物界面；

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