国家重大科学研究计划项目“生物医学纳米材料对血细胞作用的研究”工作进展与讨论

结合多模态纳米探针进行淋巴癌等血液恶性肿瘤的在体分子成像与疗效评价研究

东南大学 顾宁 教授


1. 制备表面细胞粘附图案化水凝胶用于模拟含有取向结构的癌化细胞外基质

为了模拟含有纤维状有取向结构的癌化细胞外基质,本研究采用了一种简便易行的方法在抗细胞粘附的水凝胶表面构建可供细胞粘附的纤维状图案。我们通过在水凝胶表面利用静磁场组装超顺磁纳米颗粒的方法构建细胞粘附图案,然后采用生物相容性较好的交联剂京尼平将组装结构固定在水凝胶表面。这种构建图案的方法无须模板或刻蚀,以往通常应用在硬质基底(如玻璃,硅片等)上;同时通过调节水凝胶的力学性能使材料可以较好地模拟组织的实际硬度。使用磁性微球进行组装可以进一步提高组装结构的规整度和完整性。卵巢癌癌细胞(OVCAR-5)培养结果显示该材料的纤维状有取向结构影响了癌细胞的粘附,增殖和迁移。
Zhaobin Guo, Ke Hu, Jianfei Sun, Tianzhu Zhang, Qiying Zhang, Lina Song, Xizhi Zhang, and Ning Gu, Fabrication of Hydrogel with Cell Adhesive Micropatterns for Mimicking the Oriented Tumor-Associated Extracellular Matrix. DOI:10.1021/am5023946. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014.


构建表面细胞粘附图案水凝胶方法示意


活细胞工作站下培养卵巢癌细胞结果

2. 金属纳米材料的放射增敏

放射治疗是恶性肿瘤治疗的重要手段,但临床上放疗野内复发的情况依旧存在,因此放射增敏剂成为放射肿瘤研究领域的热点问题。纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力的研究对象,在恶性肿瘤诊疗中,纳米材料可以通过识别细胞分子生物学变化来预测细胞突变、可以作为新型造影剂明确肿瘤诊断、可以作为多功能的药物载体直接进入细胞及组织内杀伤肿瘤细胞。既往研究发现原子序数较高的金属元素具有放射增敏作用,结合纳米材料在肿瘤组织内高浓聚特性,研究人员对金属纳米材料的放射增敏产生了浓厚的兴趣。本文通过归纳金属纳米材料在恶性肿瘤放射增敏的研究结果,对金属纳米材料在未来的发展方向提出了一些构想,展望了金属纳米材料放射增敏作用的应用前景。
Su XY, Liu PD, Wu H, Gu N. Enhancement of radiosensitization by metal-based nanoparticles in cancer radiation therapy. Cancer Biol Med 2014;11:86-91. doi: 10.7497/j.issn.2095-3941.2014.02.003

3. 嵌入磷脂双分子层的纳米颗粒对其主相变温度的影响研究

磷脂膜的主相变温度对于其生物医学应用如可控药物释放等至关重要,可通过在磷脂膜中嵌入疏水性纳米颗粒调节磷脂膜的主相变温度。然而,嵌入磷脂膜的纳米颗粒的表面性质如何影响磷脂膜的主相变温度仍然不清楚。因此,我们运用粗粒度分子动力学模拟的方法来探索这一问题。结果表明纳米颗粒的表面粗糙度和表面修饰分子的密度均影响磷脂膜的主相变温度。增加纳米颗粒的表面粗糙度将提升磷脂膜的主相变温度,而增加纳米颗粒表面修饰分子的密度可以先降低后提升磷脂膜的主相变温度。我们的模拟结果很好地解释了最近的一些实验现象(White, et al. ACS Nano, 2012, 6, 4678-4685.等),并对纳米颗粒嵌入磷脂膜用于可控药物释放等方面具有启示意义。
Xubo Lin, Ning Gu*. Surface Properties of Encapsulating Hydrophobic Nanoparticles Regulates the Main Phase Transition Temperature of Lipid Bilayers: A Simulation Study. Nano Research, 2014, 7(8): 1195-1204. 


Snapshots of smooth NP of 3nm (0% ligands, a), 3nm (33%, b), 3nm (50%, c), 3nm (100%, d), 4nm (0%, e) and its encapsulation in the DPPC bilayer of gel phase (middle of orange box) and fluid phase (bottom of orange box). a')-e') are corresponding cases of rough NP similar to smooth NP.