2月18日，國(guó)家納米科學(xué)中心研究員陳春英課題組在Nature Nanotechnology（《自然-納米技術(shù)》）上，在線(xiàn)發(fā)表了題為Molybdenum derived from nanomaterials incorporates into molybdenum enzymes and affects their activities in vivo的研究成果。該研究是體內(nèi)納米蛋白冠生物效應(yīng)研究領(lǐng)域的最新成果，首次報(bào)道了含有必需微量元素鉬的二硫化鉬納米材料由納米蛋白冠介導(dǎo)的獨(dú)特的體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和生物利用過(guò)程。 

納米材料/納米藥物一旦進(jìn)入生命體系，將面對(duì)復(fù)雜的多重生物屏障和生理結(jié)構(gòu)，納米材料/納米藥物與不同的組織器官、細(xì)胞、生物流體微環(huán)境等復(fù)雜納米-生物界面的互作方式是決定其被遞送到目標(biāo)部位的核心步驟。納米-血液蛋白分子互作形成的“納米蛋白冠”作為起始步驟，如何揭示“納米蛋白冠”對(duì)納米顆粒體內(nèi)命運(yùn)的影響是長(zhǎng)期面臨的挑戰(zhàn)，其中，缺乏跨尺度、高靈敏、原位表征的技術(shù)手段是制約其發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。 

針對(duì)上述問(wèn)題，該研究提出了集納米蛋白冠的原位表征和代謝分析方法、蛋白質(zhì)組學(xué)、分子模擬計(jì)算在內(nèi)三位一體的研究策略。研究人員基于同步輻射大科學(xué)裝置與高分辨活體熒光成像，發(fā)展出跨尺度的原位化學(xué)測(cè)量方法，通過(guò)集成多種同步輻射先進(jìn)分析技術(shù)（同步輻射微束X射線(xiàn)熒光、X射線(xiàn)近邊吸收結(jié)構(gòu)譜學(xué)、軟X射線(xiàn)透射成像nanoCT等），建立了納米材料在生命體內(nèi)的代謝過(guò)程與化學(xué)形態(tài)的高靈敏、高分辨原位表征方法，實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞水平的納米材料的空間定位，闡明了體內(nèi)納米材料的氧化還原、降解、代謝及生物化學(xué)轉(zhuǎn)化行為。該研究綜合運(yùn)用先進(jìn)光源的原位表征技術(shù)、“納米蛋白冠”的互作規(guī)律研究、高性能理論計(jì)算的分子機(jī)制解析，并行實(shí)時(shí)交互多方數(shù)據(jù)鏈條，編織構(gòu)造能夠揭示納米材料在生命體內(nèi)的代謝全過(guò)程與化學(xué)形態(tài)的信息網(wǎng)。 

以二硫化鉬MoS2為研究對(duì)象，研究人員通過(guò)上述建立的分析方法，研究了納米-蛋白質(zhì)、納米-血液、納米-肝臟和納米-脾臟等相互作用過(guò)程，揭示了材料表面的“納米蛋白冠”組分載脂蛋白E（ApoE）主要介導(dǎo)MoS2在肝臟Kupffer細(xì)胞和脾臟紅髓巨噬細(xì)胞中的富集；MoS2納米材料在肝臟和脾臟中發(fā)生化學(xué)與生物轉(zhuǎn)化，降解生成鉬酸根離子，進(jìn)而在肝臟進(jìn)入鉬酶中鉬輔因子的生物合成，增加兩種主要的鉬黃素酶（醛氧化酶和黃嘌呤氧化還原酶）的活性。該研究首次系統(tǒng)地闡明了納米蛋白冠介導(dǎo)的“納米材料體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)-生物轉(zhuǎn)化-生物利用”這一“體內(nèi)命運(yùn)的全過(guò)程”，這為深入理解納米-生物界面調(diào)控納米材料體內(nèi)復(fù)雜的化學(xué)生物學(xué)效應(yīng)和機(jī)制提供了新認(rèn)識(shí)；首次證實(shí)了含必需微量元素的納米材料在體內(nèi)可被生物利用的過(guò)程與機(jī)制。 

隨著學(xué)界在MoS2等二維過(guò)渡金屬硫化物研究方面的進(jìn)展逐漸深入，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（如藥物遞送、腫瘤診療、生物成像和生物傳感應(yīng)用）顯示出優(yōu)越的性能。因此，這些納米材料的體內(nèi)應(yīng)用需特別關(guān)注其在體內(nèi)的生物利用度及其對(duì)藥效的影響，這是納米材料生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的新發(fā)現(xiàn)和新思考。 

近年來(lái)，陳春英課題組基于同步輻射等大科學(xué)裝置，建立與發(fā)展了針對(duì)復(fù)雜生物體系納米材料的分析方法，這些方法具有高靈敏、高分辨、元素特異、原位等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于定量解析納米-生物界面大分子（蛋白質(zhì)、磷脂）相互作用、定性表征納米材料在生物體內(nèi)的化學(xué)行為（Nature Nanotechnol, 2019, 14: 639; Acc Chem Res, 2019, 52: 1507; JACS, 2021, 143: 1846; JACS, 2013, 135: 17359等）。這些先進(jìn)方法為納米生物效應(yīng)與納米醫(yī)學(xué)研究提供了關(guān)鍵和前沿的分析手段，有利于推動(dòng)納米生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展。  

國(guó)家納米中心博士畢業(yè)生曹明晶、副研究員蔡絨、博士畢業(yè)生郭夢(mèng)雨和中科院高能物理研究所研究員趙麗娜為論文的共同第一作者，陳春英為論文通訊作者。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）和上海、北京和合肥光源等的支持。 

論文鏈接

納米蛋白冠介導(dǎo)的納米材料“體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)-生物轉(zhuǎn)化-生物利用全過(guò)程”