我国科学家发展同步辐射技术在纳米材料生物效应研究取得进展
日期 2021-03-01  来源:数理科学部  作者:李会红 金亮

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  图1. 纳米蛋白冠介导的纳米材料“体内转运-生物转化-生物利用”全过程

  在国家自然科学基金项目(批准号:11621505,22027810,31971311)等资助下,国家纳米科学中心陈春英研究员团队在体内纳米蛋白冠生物效应研究领域取得重要进展,研究了含有必需微量元素钼的二硫化钼纳米材料由纳米蛋白冠介导的独特的体内转运、代谢和生物利用过程。相关研究成果以“源自纳米材料的钼掺入钼酶并影响其体内活性(Molybdenum derived from nanomaterials incorporates into molybdenum enzymes and affects their activities in vivo)”为题,于2021年2月18日在《自然•纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41565-021-00856-w。

  纳米尺度物质一旦进入生命体系,将面临复杂的多重生物屏障和生理结构,缺乏跨尺度、高灵敏、原位表征的技术手段是制约其发展的瓶颈问题。该团队提出集纳米蛋白冠的原位表征和代谢分析方法、蛋白质组学、分子模拟计算三位一体的研究策略,通过发展多种同步辐射分析技术(同步辐射微束X射线荧光、X射线近边吸收结构谱学、软X射线透射成像nanoCT等),实现高灵敏、高分辨地原位解析纳米材料在靶组织、靶细胞内的分布及其化学形态,获得单细胞水平的纳米材料空间定位分析,阐明体内纳米材料的生物化学转化过程。

  以二硫化钼MoS2作为模型体系,通过研究其与重要生物系统(纳米-蛋白质,纳米-血液,纳米-肝脏和纳米-脾脏)的相互作用,该团队系统地阐明了纳米蛋白冠介导的纳米材料“体内转运-生物转化-生物利用”这一“体内命运的全过程”(图1)。

  该研究为深入理解纳米-生物界面如何调控纳米材料在体内复杂的化学生物学效应和机制提供了新认识;同时为阐明纳米材料的体内命运提供了普适性的多学科集成方法。这些技术方法为纳米生物效应与纳米医学研究提供了关键、前沿的分析手段,将大力推动纳米生物医学的发展。