研究發現石墨烯-生物膜超級結構及遞葯新模式

近日，中國科學院過程工程研究所與清華大學合作證明了二維材料氧化石墨烯能夠與細胞膜形成三明治超級結構，並實現藥物在膜磷脂層內的有效運輸，開闢了藥物精準遞送新模式，為生物醫藥全新劑型的設計和新型納米粒子的應用提供了方向。

納微米粒子與細胞間相互作用對其後續生物醫學應用至關重要。過程工程所生化工程國家重點實驗室生物材料與生物劑型課題組研究員馬光輝和魏煒進行了一系列研究，發現二維顆粒與傳統顆粒具有截然不同的特殊生物學效應（如：在細胞膜表面通過激活力學信號實現免疫活化、在細胞內限域空間通過摺疊形變誘導細胞自噬），通過合理化設計，可顯著提升疫苗免疫應答效果、實現抗腫瘤智能治療及實時診斷。相關工作相繼發表於Nature Commun, 2017, 8, 14537；Biomaterials, 2012, 33, 4013; Chem Commun, 2013, 49, 3902；ACS Appl Mater Interfaces, 2015, 7, 5239；Nanoscale, 2015, 7, 19949；ACS Appl Mater Interfaces, 2017, 9, 27396。

石墨烯-生物膜超級結構雖然已有預測，但一直沒有被證實。此次，過程工程所研發團隊不僅利用冷凍透射等觀察到二維材料氧化石墨烯-生物膜三明治及其形成過程，還揭示了該超級結構對細胞粗糙度、細胞流動性和細胞膜硬度的影響；更重要的是，二維材料氧化石墨烯可以藉助該結構使更多藥物進入細胞膜間，實現藥物在膜磷脂雙分子層的快速運動和擴散，遠優於脂質體對膜特異性藥物的胞內遞送效果，顯著增加對癌細胞的殺傷能力。上述三明治結構、膜間擴散動力學和藥物遞送過程，由清華大學研究人員進行了全面的計算模擬和機制解析。

相關工作發表於Science Advances 2019, June 7（eaaw3192），陳鵬宇和岳華為論文第一作者，燕立唐和魏煒為通訊作者。該工作得到基金委優秀青年科學基金項目以及國家重點研發計劃項目的支持。

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