近日，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所與清華大學(xué)合作證明了二維材料氧化石墨烯能夠與細(xì)胞膜形成三明治超級(jí)結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)藥物在膜磷脂層內(nèi)的有效運(yùn)輸，開(kāi)辟了藥物精準(zhǔn)遞送新模式，為生物醫(yī)藥全新劑型的設(shè)計(jì)和新型納米粒子的應(yīng)用提供了方向。

　　納微米粒子與細(xì)胞間相互作用對(duì)其后續(xù)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用至關(guān)重要。過(guò)程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物材料與生物劑型課題組研究員馬光輝和魏煒進(jìn)行了一系列研究，發(fā)現(xiàn)二維顆粒與傳統(tǒng)顆粒具有截然不同的特殊生物學(xué)效應(yīng)（如：在細(xì)胞膜表面通過(guò)激活力學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)免疫活化、在細(xì)胞內(nèi)限域空間通過(guò)折疊形變誘導(dǎo)細(xì)胞自噬），通過(guò)合理化設(shè)計(jì)，可顯著提升疫苗免疫應(yīng)答效果、實(shí)現(xiàn)抗腫瘤智能治療及實(shí)時(shí)診斷。相關(guān)工作相繼發(fā)表于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(jí)結(jié)構(gòu)雖然已有預(yù)測(cè)，但一直沒(méi)有被證實(shí)。此次，過(guò)程工程所研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(guò)程，還揭示了該超級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞粗糙度、細(xì)胞流動(dòng)性和細(xì)胞膜硬度的影響；更重要的是，二維材料氧化石墨烯可以借助該結(jié)構(gòu)使更多藥物進(jìn)入細(xì)胞膜間，實(shí)現(xiàn)藥物在膜磷脂雙分子層的快速運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，遠(yuǎn)優(yōu)于脂質(zhì)體對(duì)膜特異性藥物的胞內(nèi)遞送效果，顯著增加對(duì)癌細(xì)胞的殺傷能力。上述三明治結(jié)構(gòu)、膜間擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和藥物遞送過(guò)程，由清華大學(xué)研究人員進(jìn)行了全面的計(jì)算模擬和機(jī)制解析。

　　相關(guān)工作發(fā)表于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(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

    文章鏈接

　　石墨烯-生物膜“三明治”超級(jí)結(jié)構(gòu)及其在藥物遞送中的潛在應(yīng)用。（左）模擬圖；（中）冷凍透射照片；（右）膜間遞送藥物（GO-VTB）的優(yōu)勢(shì)結(jié)果