微米和纳米科技材料

纳米材料与细胞内蛋白冠相互作用调节肿瘤免疫微环境的研究已取得进展

最近,中国科学院国家纳米科学中心研究员陈春英和高能物理研究所研究员赵丽娜在石墨烯-细胞内蛋白质相互作用机制和巨噬细胞表型调节方面取得了重要进展。相关研究结果被命名为“用于局部免疫调节的氧化石墨纳米片上内部蛋白质电晕的潜在功能和结构组织”,并发表在《纳米快报》上。本研究采用同位素标记等方法,定量分析了氧化石墨烯与其在细胞内形成的蛋白冠中高富集的信号转导和转录激活因子(STAT3)蛋白之间的相互作用,从而影响肿瘤相关巨噬细胞的表型,改善肿瘤微环境的免疫抑制

肿瘤相关巨噬细胞(TAM)是多种肿瘤间质中大量的炎性细胞,促进肿瘤浸润、转移和复发,诱导免疫抑制,与实体瘤预后不良有关。肿瘤相关巨噬细胞有三种主要的治疗方法:抑制巨噬细胞的募集,直接杀死Tam和重新编程Tam。基于多种物理和化学性质,许多纳米材料可以用作药物载体和免疫调节剂,有望改善肿瘤免疫抑制微环境

石墨烯是一种新型的二维碳材料,在催化领域显示出广阔的应用前景,能源、生物医学等。通过同位素13C标记的氧化石墨炔烃(gdyo)和蛋白质组学方法,研究团队首次发现巨噬细胞中gdyo表面可以形成独特的蛋白质冠,其中STAT3蛋白质分子高度富集。STAT3是细胞内重要的信号转导蛋白和转录因子,与肿瘤的发生发展密切相关。研究表明,gdyo-stat3的强烈相互作用影响肿瘤相关巨噬细胞的表型,将其从m2逆转为M1,改善肿瘤微环境的免疫抑制,增加杀伤性T细胞的浸润和激活,提高PD-L1抗体和免疫检查点治疗的疗效

gdyo独特的SP和SP2碳原子和高度π共轭结构,以及表面氧化基团c-oh和c=O,影响其与生物分子的相互作用。gdyo和STAT3蛋白之间的强相互作用取决于gdyo的表面化学以及STAT3蛋白的二级结构和序列,二级结构和序列由结构匹配、氢键和盐桥驱动。这解释了gdyo-stat3独特的强相互作用分子机制。本研究首次运用蛋白质组学的分子机理分析、同位素定量技术和高性能理论计算探索了巨噬细胞内纳米粒子-蛋白质界面的相互作用机制,这为深入理解纳米生物界面调控纳米材料的复杂生物效应提供了新的理解

陈春英的研究团队致力于纳米材料生物界面的研究,特别是与生物分子(蛋白质、DNA和脂质)的相互作用,取得了一系列进展。研究发现,碳纳米管通过快速吸附血液中的蛋白质分子形成纳米蛋白质冠来降低急性毒性(PNAs,2011,108,16968-16973);研究Gd@C82(OH)22纳米颗粒特异性结合临床肺癌患者血液中的重要补体成分C1q蛋白,改变C1q的分子结构并激活先天免疫反应(纳米字母2019,19,74692-4701);本文报道了由纳米蛋白冠介导的二硫化钼纳米材料独特的体内转运、代谢和生物利用度(自然纳米技术2021,16708-716)。这些研究为纳米生物效应和纳米医学的研究提供了关键和前沿的分析手段,促进了纳米生物医学的发展

研究工作得到了中国国家自然科学基金国家重点研发计划的支持,中国科学院战略引领科技专项(B类)广东省重点领域的研发计划

氧化石墨烯及其细胞内蛋白冠相互作用改善肿瘤免疫抑制微环境

来源:中国科学院国家纳米科学中心

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