菜籽蛋白/壳聚糖纳米载体耐降解机理及其构效关系研究

Polymeric nanocarriers are important carrier systems of small molecule active substances. Currently, nanocarriers obtained from biocompatible natural polymers, has avoided the security risks of synthetic polymers, but the problem of which degrade easily in the gastrointestinal tract still causes for concern. Our previous study found that acylated modified rapeseed protein were resistant to degradation in gastrointestinal tract, but the specific mechanism is unclear. So we are willing to research the construction of nanocarrier formed by acylated modified rapeseed protein polymerize chitosan, then characterizing its structure and properties, also clarifying its resistance to degradation mechanism and structure-activity relationships by using atomic force microscopy, Near infrared spectrum instrument, high performance liquid chromatography, simulated gastrointestinal fluids and other methods. In addition, modified model of Caco-2 cells is used to reveal the absorption mechanism of nanocarrier. Moreover, near-infrared imaging method is used to study the transport behavior in vivo of rapeseed peptide and other small-molecule active substance through nanocarriers. Finally, providing a theoretical basis for the applications of rapeseed protein/chitosan nanocarrier in the food industry .

聚合物纳米载体是小分子类活性物质重要的载体系统。目前采用具有生物相容性的天然聚合物相互聚合获得的纳米载体，避免了合成聚合物的安全隐患，但在胃肠道中易降解的问题仍比较突出。我们前期研究发现酰化改性菜籽蛋白具有耐胃肠道降解的功能特性，但其具体机理尚不清楚。故研究酰化改性菜籽蛋白与壳聚糖聚合形成耐胃肠道降解纳米载体的构建，采用原子力显微镜、近红外、高效液相色谱、模拟胃肠液等方法，表征该纳米载体的结构和性能，阐明其耐降解机理及构效关系；采用改进的Caco-2细胞模型，揭示该纳米载体的吸收机制；采用活体近红外成像等方法，研究纳米载体在体内对菜籽多肽等小分子活性物质的输送行为。为菜籽蛋白/壳聚糖纳米载体在食品领域的开发应用提供理论依据。

聚合物纳米载体是小分子类活性物质重要的载体系统。目前采用具有生物相容性的天然聚合物相互聚合获得的纳米载体，避免了合成聚合物的安全隐患，但在胃肠道中易降解的问题仍比较突出。通过本项目的实施，成功构建了菜籽蛋白/壳聚糖耐降解纳米载体系统，优化后的纳米载体系统对小分子活性物质姜黄素的包埋率高达70%，粒径在200 nm左右，呈球形结构。AFM、FTIR、DSC和X-ray分析表明菜籽蛋白和壳聚糖主要通过静电相互作用、氢键及疏水性作用力形成结构紧密、稳定和坚硬的大分子复合物。该结构有效地预防了负载物姜黄素在胃液中的提前释放，保障了姜黄素在肠液中的及时释放，提高了姜黄素的生物利用率；Caco-2细胞吸收模型研究发现，菜籽蛋白和壳聚糖纳米载体具有良好的生物相容性，其吸收方式主要通过细胞内主动运输，显著地改善了小分子活性物质的渗透率及渗透系数；在基于菜籽蛋白/壳聚糖纳米载体系统的抗肿瘤研究中，我们还发现该纳米载体系统可在组织蛋白酶B高表达的乳腺癌细胞中产生促凋亡肽（PAS, AGS, YT），该肽可通过线粒体凋亡途径协同增强阿霉素(DOX)的抗乳腺癌能力, 而在组织蛋白酶B低表达的乳腺癌细胞中无明显效果，表现出酶依赖协同抗乳腺癌效果；利用原位乳腺癌小鼠模型，进一步证实了负载DOX的菜籽蛋白/壳聚糖纳米载体可通过其协同作用显著抑制肿瘤生长，延长了小鼠的生存周期。毒性实验研究发现菜籽蛋白基纳米载体系统没有对主要脏器产生损伤，说明其具有良好的生物相容性。本研究成果为菜籽蛋白资源的利用提供了新选择与方向，为相关植物蛋白纳米载体的开发与应用提供方法和理论依据，对植物蛋白资源的深度开发具有重要意义。