NatureProtocols:纳米生物分子冠分析表征方法学取得重要进展

　　7月23日，国家纳米科学中心陈春英院士团队和英国伯明翰大学lseult Lynch教授团队在纳米生物分子冠分析表征方法学方面取得重要进展，相关研究成果总结以Analysis of nanomaterial biocoronas in biological and environmental surroundings为题，发表在Nature Protocols期刊。

　　纳米材料/纳米药物一旦进入生物体内或环境体系中，表面会迅速吸附多种生物分子形成“纳米生物分子冠”，包括蛋白质、糖、核酸和代谢物分子等。表面形成的生物分子冠，尤其是蛋白冠，赋予纳米材料新的生物学特性，影响其细胞摄取、免疫应答、生物分布、体内清除等行为，决定着纳米材料的代谢过程和最终的生物学命运。纳米生物分子冠的研究有助于深入了解纳米材料的药理特性和毒性效应，对于指导纳米结构的合理设计和纳米医学的临床转化至关重要。然而，生物体系的高度复杂性和生物分子间的动态相互作用为纳米生物分子冠的分析表征带来了巨大挑战。

　　陈春英院士团队长期致力于发展纳米蛋白冠的分析方法及其化学生物学效应研究。近年来，基于同步辐射大科学装置、空间多组学、分子间互作分析、分子动力学模拟、同位素标记等多种技术，发展了高灵敏、高分辨的原位定量表征方法，揭示了纳米蛋白冠的吸附和动态演化规律，取得了一系列创新研究成果（Nat Nanotechnol, 2022, 17, 993-1003； Nat Nanotechnol, 2021, 16, 708-716； Nat Nanotechnol, 2019, 14, 719-727； Nat Commun,2022, 13, 5389； PNAS, 2022, 119, 23 e2200363119； PNAS, 2011, 108, 16968-16973； J Am Chem Soc, 2022, 144, 21, 9184-9205； J Am Chem Soc,2013, 135, 17359-17368等），为纳米生物效应与纳米医学研究提供关键、前沿的分析手段，推动了纳米生物医学的发展。

　　在前期工作基础上，研究团队系统总结了过去多年来率先发展的纳米蛋白冠分析表征方法，归纳形成详细完整的实验手册。优化建立的工作流程包括纳米生物分子冠（蛋白冠和代谢物分子冠等）的形成、制备、定量、组分鉴定、原位表征及动态互作等全部过程。技术方案涵盖了电镜（如TEM、Cryo-TEM）、质谱（如CE-MS、LC-MS/MS）、同步辐射分析方法（如SR-CD、SR-XAFS）、分子互作分析（如QCM-D、BLI、SPR、ITC）和分子动力学模拟（MD）等多种不同的分析手段，实现了对纳米生物分子冠的物理化学性质表征、组分、原位动态互作等全方位的系统表征。该实验手册详细总结了上述各种分析方法的优化实施方案，为全面分析纳米生物分子冠提供了具有实用价值的研究策略。不仅适用于阐明纳米生物分子冠的形成、演化和动态互作过程，也为揭示纳米-生物界面影响纳米材料体内复杂的化学生物学效应背后的机制提供了有力的研究工具，在纳米科学、生物医药、毒理学和环境科学等诸多研究领域具有重要的应用价值。

　　图. 纳米生物分子冠分析表征技术方案和工作流程图

　　英国伯明翰大学张鹏博士（现为中国科学技术大学特任教授）和国家纳米科学中心曹明晶项目聘用副研究员为共同第一作者。国家纳米科学中心陈春英院士、英国伯明翰大学Iseult Lynch教授和郭志灵助理教授为该论文共同通讯作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和新基石科学基金等项目的支持。

　　原文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41596-024-01009-8