利用原子力显微镜与荧光成像技术研究单颗粒纳米药物跨膜转运的动态过程

The transmembrane transport of nano-drug particles is the key step of entering the target cell, relating to the many important standards such as drug transport efficiency and specificity; however, the dynamic transmembrane mechanism of single nanoparticle is not clear. Combining the high-spatiotemporal resolution and self-developed "force tracing" technique with single molecule/single particle fluorescence imaging technique, in this project we will track the transmembrane process of nano-drug particle under the precise guidance of fluorescence indicator, and obtain the information of the key kinetic parameters, carrier effect and protein-mediated mechanism. Then we will evaluate and optimize the carrier's construction, ligand modification and target labeling of nano-drug carriers, so as to improve the comprehensive utilization efficiency of nano-drug particles. The successful development of this project may guide the practical application of nano-drugs in the prevention, diagnosis and treatment of human diseases.

纳米药物颗粒的跨膜运输是其进入目标细胞的关键步骤，涉及到药物运输效率、专一性等重要指标；然而，单个纳米药物跨膜进入细胞的动态机制尚不清楚。本项目将自主研发的高时间和空间分辨率的“力示踪”技术与单分子/单颗粒荧光成像技术联用，在荧光成像的精准指导下通过“力示踪”技术对纳米药物跨膜过程进行测量，获得纳米药物跨膜过程的关键动力学参数、载体性质影响、蛋白介导机制等重要信息，实现对纳米药物的载体选择构建、配体修饰、靶向性标记等方面进行评价和优化，从而提高纳米药物的综合利用效率。本项目的成功开展预期对于纳米药物在预防、诊断和治疗人类疾病方面的实际应用具有一定的指导意义。

纳米药物的跨膜运输是其进入目标细胞的关键步骤，涉及到药物运输效率、专一性等重要指标；然而，单个纳米药物跨膜进入细胞的动态机制尚不清楚。本项目结合自主研发的高时间和空间分辨率的力示踪技术与荧光成像技术，对纳米药物跨膜过程进行测量，获得纳米药物跨膜过程的关键动力学参数、载体性质影响、蛋白介导机制等重要信息，实现对纳米药物的载体选择构建、配体修饰、靶向性标记等方面进行评价和优化，从而提高纳米药物的综合利用效率。本项目研究发现纳米药物尺寸会影响纳米药物跨膜进入细胞的跨膜转运力和时间，跨膜力和时间会随着纳米药物尺寸的增加而增大。不同靶向配体（靶向肽、叶酸、适配体等）修饰纳米药物也会影响纳米药物跨膜转运动态参数，包括转运力、时间、速率等。靶向配体会诱导纳米药物受体介导内吞方式，增加药物进入细胞的时长，从而延长药效。同时结合单分子力谱技术通过测量不同靶向肽与细胞膜相互作用的动力学参数筛选出了靶向效果较好的纳米药物配体肽，进一步研究靶向肽在促进纳米药物进入细胞的靶向机制。结合基于原子力显微镜的纳米压痕技术，评估不同配体修饰纳米药物及同种纳米药物在不同细胞系中的药效。在原料纳米药物研究中，示踪单个RNA纳米药物的跨膜转运动态过程，揭示适配体修饰RNA纳米药物跨膜转运靶向机制，进一步通过荧光示踪手段研究RNA纳米药物细胞内转运路径及细胞内运输动态机制，发现RNA纳米药物在早期内体及晚期内体不同的转运动力学。本项目的成功开展对于纳米药物在预防、诊断和治疗人类疾病方面的实际应用具有一定的指导意义。