生物膜形变动力学及其与纳米粒子相互作用的分子模拟研究

发布时间：2021-11-25 19:10

　　健康是人类面对的重要课题之一,而生物医药的发展在其中起到了非常关键的作用。生物膜,可以看做细胞内部环境与外界环境进行物质交换与信号传导的“桥梁”,因此对于理解生物医药与细胞膜的相互作用是十分迫切的。在本篇工作中主要致力于生物膜的形变动力学过程及其与纳米粒子相互作用的研究。计算机模拟技术的迅速发展为研究生物体内复杂的过程提供了便捷、准确的分析方法,尤其是它可以轻松地实现追踪纳米尺度的生物动力学过程,这在一些实验中是很难完成的。本论文以采用耗散粒子动力学（DPD）方法,对纳米粒子与生物膜的相互作用及其一些常见的生物膜参与的细胞活动（例如膜融合、物质运输、膜管的不稳定性形变等）,进行了系统的研究分析。本论文的主要创新性研究内容如下。1、膜曲率调控纳米粒子自组装。通过无水耗散粒子动力学模拟观察了纳米粒子在曲率膜表面的自组装。研究发现膜曲率会明显影响纳米粒子（包括蛋白质等生物大分子）与生物膜的相互作用。首先证明了柱状膜管的表面张力会影响纳米粒子在曲率膜表面的自组装结果。张力越小,纳米粒子的自组装结构会越来越有序。例如随着张力的减小纳米粒子出现了环形排列结构。纳米粒子与生物膜的作用力也可以强烈影响... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１生物膜主要组成示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｂｉｏｍｅｍｂｒａｎｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ??

粒子的跨膜运输（Ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）?１２５＿３７１、自组装（Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ）?及细??胞毒性（Ｃｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ）?％４２］等。研宄人员己经发现了影响纳米粒子内在化的详细分子??机制（图１－３）。例如纳米粒子的大小、形状、浓度、表面修饰不同配体的物理化学性??质等［４３＃］，通过优化其中的一项或者优化后几项的协同作用，可以显著改善纳米粒子??进入细胞的效率，并且减小细胞毒性。??但是纳米粒子进入细胞，不管是以扩散渗透还是内吞的方式（如图１－３），都会不??同程度的改变生物膜的性质。例如影响生物膜的弯曲刚性与流动性［４８］，改变生物膜单??位面积内脂质分子的个数（膜张力），诱发生物膜中蛋白质的聚集与重新分布等［４９］。??这些因素可能会影响纳米粒子与生物膜的进－？步相互作用，使设计的纳米粒子疗效受??到影响。另外，一些生理条件（例如体系的温度，ＰＨ值，渗透压，电势差等）的变??化［５（）＿５５１

体的分子机制是否可以帮助设计出更加优良的纳米治疗剂或者纳米载药体呢？??我们都知道，由于生物膜具有流动性和重构性（Ｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ）?［６３＃］，因此在各种??细胞活动中很容易发生形变（如图１－４）。而且在一些细胞器中也可以观察到不同的膜??结构，例如在内质网（Ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃ?ｒｅｔｉｃｕｌｕｍ）和高尔基体（Ｇｏｌｇｉ?ａｐｐａｒａｔｕｓ）中可以??观察到管状的膜结构（见图１－２），因此生物膜的形变在生物体内是普遍存在的。在这??些曲率膜表面，纳米粒子间的相互作用都包括哪些影响因素呢？这个问题引起了研宄??者的广泛关注。例如纳米粒子作为药物载体

【参考文献】：
期刊论文
[1]SNARE蛋白及其复合物在突触融合过程中的作用[J]. 梁丽娟,黄薇.  天津药学. 2012(06)
[2]耗散粒子动力学模拟方法的发展和应用[J]. 李红霞,强洪夫.  力学进展. 2009(02)
[3]细菌生物膜的结构及形成机制研究进展[J]. 唐婳,刘国生,谢志雄,沈萍.  氨基酸和生物资源. 2006(03)
[4]细菌生物膜的研究进展[J]. 李彤,庄辉.  中华微生物学和免疫学杂志. 2002(03)
[5]细胞内的大分子拥挤环境[J]. 李剑,王志珍.  生物化学与生物物理进展. 2001(06)
[6]纳米粒子的特性、应用及制备方法[J]. 张敬畅,刘慷,曹维良.  石油化工高等学校学报. 2001(02)

博士论文
[1]拥挤环境下的促进扩散动力学研究[D]. 刘琳.中国科学技术大学 2017



本文编号：3518620