酸性羧基肽纳米自组装食品功能因子载体与肠屏障粘液层相互作用机制研究

The interaction between the hydrophobic bioactive ingredients and mucus hydrogels greatly inhibited their cellular uptake and bioavailability. The amphiphilic carboxyl-abundant peptides were obtained by sites-specific partial enzymatically hydrolysis. These peptides can self-assemble into nanotubes and nanospheres carriers. We propose to prepare a series of nanocarriers with controlled sizes, stiffness, and charges with improved encapsulation efficiency, mucus-penetrating ability, cellular uptake and transportation ability. The Multiple Particle Tracking technique will be applied to explore the mucus-penetrating properties of various nanocarriers. A mathematic model will be developed to explain the relationship between the structures and the diffusion kinetics in the mucus for various nanocarriers. Besides, the cellular uptake and transportation will be studied on the Caco-II/HT-29 mixed cell model. The effect of the improved bioavailability will be tested on the cell and animal model. It provides insights for designing high loading, mucus-penetrate and high cellular uptake nanocarriers. It offers a good guideline for applying the nanotubes and nanospheres in the food ingredients and functional food products for hydrophobic bioactives.

脂溶性食品功能因子易与肠屏障粘液层发生相互作用而阻滞在其凝胶网络中影响细胞吸收。拟采用定点(Glu, Asp)酶解技术获得富含羧基末端和α螺旋结构的两亲性多肽，通过纳米自组装技术，拟构建结构可控不同理化性状的纳米管和纳米球系列载体，以精准调控其结构获得理想的载荷、穿透和吸收性能。摸索载体结构与荷载能力之间关系。通过多重粒子示踪等技术研究载体穿透粘液层的渗透能力和扩散动力学。探究不同自组装结构参数的载体穿透粘液层的相互作用机制。探索制备高效载荷与高穿透能力的自组装载体最优化参数与结构，促进载体跨越粘液屏障到达肠上皮细胞吸收。拟构建Caco-II/HT-29混合细胞模型，摸索和验证粘液存在时不同纳米载体对细胞吸收和跨膜转运的影响。揭示不同结构肽纳米载体高效吸收转运机制，为设计高效克服小肠屏障的纳米载体结构提供理论指导,为开发新型基于肽纳米自组装的脂溶性因子载体的基料制备和功能食品提供技术支持。

为了解决脂溶性活性成分难溶于水、稳定性差和吸收率低的应用瓶颈问题。该项目通过构建一种能够高效克服小肠吸收屏障的纳米载体来提高其水溶性、稳定性和吸收率。首先摸索出了制备酸性羧基肽的控制酶解方法；揭示了羧基肽形成不同理化特性纳米载体的分子自组装机制；探究了纳米载体与不同功能因子相互作用关系；明晰了纳米载体的大小、形状、电荷和硬度影响其粘液渗透能力的规律，揭示了纳米管在粘液网络中柔性穿梭和旋转渗透机制；解析了纳米载体的结构性质与细胞内吞率和转运效率之间的关系；验证了具有强粘液穿透能力和高细胞摄取率的纳米载体在动物水平的作用效果，研究结果为构建高营养吸收率的纳米载体提供理论依据，为开发高营养附加值的功能性食品奠定理论基础。该项目取得了一系列标志性的科研成果,以通讯作者在国际顶级期刊Nano Letters,ACS Nano,Science Advances,Advanced Functional Materials,Journal of Controlled Release,Theranostics,Food Hydrocolloids,Food Chemistry等共发表论文12篇，其中Nature Index收录4篇，影响因子>10的5篇，封面论文2篇。相关技术授权中国发明专利2项，申请美国专利1项，还将自主知识产权的精准递送技术应用于富含高活性营养因子食品的开发，获得了2020年度中国商业联合会“科技进步二等奖”（1/15）和中国轻工业联合会“科技进步三等奖”（3/6）。在该项目的支持下，项目负责人还获得了2020年中组部国家青年人才支持计划，2020年度中国农学会“青年科技奖”和2021年“强国青年科学家”等奖励。培养“国家博士后创新人才支持计划”1人，毕业研究生6人。协办国际学术会议1次。