《Nature︱构建可扩展的纳米材料与标准化蛋白质块》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-03-16
  • 2024年3月13日,华盛顿大学的David Baker教授等人在世界知名期刊Nature发表了题为Blueprinting extendable nanomaterials with standardized protein blocks的论文。

    传统上,设计蛋白质纳米材料往往依赖于将蛋白质单体或循环寡聚体通过对接或融合的方式组装成所需的结构。然而,这些方法存在两个主要限制:一是构件形状的复杂性导致无法简单地根据几何原理进行组装,需要耗费大量计算资源进行形状匹配;二是设计的蛋白质组装体难以进行尺寸的调整,无法轻松实现不同尺寸的材料制备。为了克服这些限制,研究人员迫切需要一种通用且有效的设计方法,能够简化蛋白质纳米材料的构建过程,并实现尺寸的可控调整。

    该研究开发了一种新的设计方法,通过构建模块化和规则化的蛋白质构建块和相互作用,实现可扩展的高阶蛋白质纳米材料的设计。通过这种设计,组装体可以根据需要通过调整模块数量来扩展或收缩,并且可以通过辅助支架进行加固。研究者还构建了从简单的多边形和圆形寡聚体到大型多面体纳米笼和无边界的直线“列车轨道”组装体的一系列纳米材料设计。

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    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-06-12
    • 近日,德国联邦材料研究与测试研究所(BAM)开发了纳米颗粒标准化测量的新方法,促进了实验室之间的数据交换。这一发现也被转化为新的纳米颗粒ISO标准,以促进纳米颗粒的安全处理。 近年来,纳米颗粒的使用急剧增加,有望取得重大进展,尤其是在医学、电子和材料科学等领域。然而,它们的使用也有潜在的风险。纳米粒子很容易穿透细胞或在环境中积累,因此会对人类和环境造成毒理学风险。另一个问题是纳米颗粒的多样性。不同的尺寸、形状、表面纹理和成分使开发统一的测量方法变得困难。 纳米颗粒表征的创新方法 作为欧洲项目的一部分,BAM研究人员现在已经能够通过开发八种不同的纳米材料参考材料来解决这个问题。它们包括二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)和具有各种几何形状(如条形或立方体)的金纳米颗粒。使用多种测量方法验证了材料的形态特性,包括电子显微镜(SEM、TEM和TSEM)、原子力显微镜(AFM)和小角度X射线散射(SAXS)。 同时,项目团队开发了一种新的混合方法,将AFM和SEM与一种新方法Kikuchi透射衍射相结合。它允许对纳米颗粒进行更精确的表征,并显著扩展了分析的可能性。机器学习的使用也首次实现了纳米颗粒分析的自动化数据处理。这一技术突破促进了测量数据的评估,并显著提高了分析过程的效率。 锚定在国际标准中 这些发现已被纳入国际标准,包括透射电子显微镜(TEM)的ISO 21363和扫描电子显微镜(SEM)的ISO 19749。这些标准已由ISO/TC 229“纳米技术”发布,该委员会为NP参考材料的测试方法和规范制定标准。此外,该项目的知识已纳入经合组织人造纳米材料工作组,该工作组强调了研究结果的全球相关性及其对纳米材料国际监管的重要性。 Dan Hodoroaba,项目经理兼能力中心成员Nano@BAM“验证纳米颗粒表征方法是确保这些技术能够安全、负责任地使用的重要一步,我们很自豪我们的工作有助于提高这一领域的标准,有助于保护人类和环境。”
  • 《pH依赖的有机-无机杂化纳米复合材料作为蛋白质药物的有效口服递送系统的开发》

    • 来源专题:新药创制
    • 编译者:杜慧
    • 发布时间:2019-11-01
    • 这项研究旨在开发一种对pH有响应性的有机-无机杂化纳米复合材料,作为蛋白质药物的有效口服给药系统。通过使用牛血清白蛋白(BSA)作为模型蛋白制备了三种不同的纳米复合材料。通过自发共组装获得了带有3-氨基丙基官能团的页硅酸镁-BSA(AC-BSA)纳米复合物,然后依次用乙二醇-壳聚糖(GAC-BSA)和pH敏感聚合物Eudragit®L100-55(EGAC -BSA)包埋。这些有机-无机杂化纳米复合材料表现出较高的包封率(86-99%),并通过能量色散X射线光谱、傅立叶变换红外光谱和圆二色性分析证实了其结构特征,表明BSA的二级结构良好保留在纳米复合材料中。在pH 1.2时,AC-BSA在2 h内实现了约80%的快速药物释放,而GAC-BSA和EGAC-BSA分别显示了30%和15%的缓慢药物释放,表明表面包覆的纳米复合材料更稳定在胃里。此外,在蛋白水解酶的存在下,包埋在EGAC-BSA中的BSA的构象稳定性得到了很好的保留,这表明EGAC-BSA应该有效地保护蛋白质抵抗胃肠道恶劣的环境。与游离的BSA相比,所有测试的纳米复合材料在Caco-2细胞中的细胞摄取均显示高2.1–3.8倍。此外,能量依赖的内吞作用和细胞旁途径有助于纳米颗粒的细胞转运。大鼠口服给药后,与游离BSA相比,EGAC-BSA显着增强了BSA的肠渗透性。总之,EGAC-BSA有望成为有效的口服递送系统,用于增强肠道蛋白质的吸收。