科学家破译纳米颗粒“生物身份”的分子密码

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科学家破译纳米颗粒“生物身份”的分子密码
科普中国 2026-11-03 08:17:27
中国科学院杭州医学研究所(以下简称杭州医学所)研究员刘远带领团队,通过自主构建标准化纳米颗粒蛋白冠数据库,系统揭示了纳米颗粒理化性质对蛋白冠组成成分的影响,并阐述了蛋白冠如何进一步介导细胞摄取、免疫激活等生物学效应的机制。该探究打破长期以来相关数据碎片化、难以预测的瓶颈,为可设计、可预判的纳米药物研发搭建核心理论框架。近日,相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。


“蛋白冠是指纳米颗粒进入生理环境后,其表面迅速吸附形成的蛋白质结构。它决定了纳米药物是被细胞吞噬、被免疫系统清除,还是能精准抵达病灶。”刘远解释,可长期以来,这一关键界面的分子规律始终处于“黑箱”状态。


为破解这一难题,科研人员通过挖掘整合文献,构建文献挖掘纳米颗粒蛋白冠数据库(LM-NPC-DB),描绘出纳米颗粒性质-蛋白冠组成-生物响应的研究路线。但在研究过程中,科研人员也发现了不同文献间数据碎片化、不一致、难以系统比较的问题。


为此,他们搭建了标准化高质量纳米颗粒蛋白冠数据库(IH-NPC-DB)。该数据库收录了42种不同纳米材料,涵盖材料表面电荷、聚乙二醇(PEG)修饰、形貌和材料组成等关键理化性质。同时,数据库采用统一的实验分析流程,完成对蛋白冠的监测表征。借助高分辨质谱技术,研究人员共鉴定出4465种蛋白质,由此得到了一套数据深度大、样本丰富且可比较的蛋白冠数据集。


纳米颗粒蛋白冠数据库(NPC-DB)解析纳米颗粒生物学身份的流程示意图。受访者供图


在研究体系上,科研人员开发了无需基因工程化的纳米酶邻近标记技术(NPL),在活细胞内原位解析了纳米颗粒从细胞膜吸附到内体成熟及溶酶体/线粒体归宿的完整细胞内转运图谱。


此外,在疾病检测技术开发方面,科研人员受到纳米颗粒富集蛋白冠现象启发,开发ProteoFish技术,利用纳米颗粒巨大的比表面积突破血清蛋白动态范围限制,高效“钓”出低丰度肿瘤标志蛋白。同时,他们通过构建三种蛋白混合系统,揭示了纳米蛋白冠对超高丰度蛋白(如HSA)的极度耐受性,阐明了ProteoFish提升血液蛋白组学深度的机制;该技术还扩展至组织微环境蛋白质组学以及尿液等无创体液诊断中。


“在ProteoFish平台基础上,我们将核酸适体筛选与蛋白冠动态演化深度结合,开发ProteoFish-SELEX技术。”刘远说。这项技术克服了传统SELEX难以在复杂血清环境中筛选核酸适体并同时发现新靶标的难题,获得可精准检测不同癌种血清蛋白标志物的核酸适体12条,并且解决了此前个性化蛋白-适配体冠COMPASS技术和PAC-OMEC技术所面临的血液蛋白标志物核酸适体不足这一共性问题,为实现多重标志物、不同癌症的高通量、快速、智能、精准诊断奠定基础。



策划制作

来源丨中国科学报
责编丨钟艳平


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发布时间:2026-11-03 07:30:59


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