寡肽调控卟啉自组装构建仿生产氢光合成系统

光合作用广泛存于自然界中,其能将太阳能高效转化为化学能,可以产生氢气、氧气和碳水化合物。受自然光合系统的启发,将太阳能捕获并将其存储到高键能的氢气分子是太阳能燃料领域研究的一个热点。目前,许多人工产氢光合系统都是基于化学合成,这需要较为繁琐的操作且部分原料可能污染环境。寡肽一般由2-6个氨基酸组成,是蛋白质的结构基元,其结构简单易于合成,具有多样的序列和可编译的自组装结构。卟啉是自然光合系统中的捕光分子,其源于自然,绿色环保。因此,我们发展了一种新的构建产氢光合系统策略,利用寡肽调控卟啉自组装建仿生产氢光合成系统。寡肽通过分子间弱相互作用力间的协同调控了卟啉分子以J-聚集形式有序组装,与绿色体中菌绿素的组织形式类似。组装体具有光学各向异性、手性放大、大斯托克斯位移(>100 nm)以及增强的光吸收面积,光稳定性和光催化活性。组装体表面可以原位生成TiO2和Pt纳米颗粒。TiO2模拟了自然光合体系中的反应中心,光捕获系统吸收的光能能高效传递到TiO2,产生光诱导电荷分离。Pt纳米颗粒类似自然光合体系中的氢化酶,促进电子传递到质子,实现光合制氢

微量溶剂调控二肽自组装

生物分子自组装以及自组装体的结构变化对生物体生理功能有重要作用,比如蛋白质的纤维化可能是导致老年痴呆症的主要原因。而在蛋白纤维化过程中,水分子的氢键作用对纤维化有重要影响~([1])。由于分子自组装是由各种非共价键作用比如氢键、静电、&pi;-&pi;等协同完成的过程,即使是微量的溶剂也会影响这些力的协同效应,从而改变自组装体的结构~([2])。因此,研究微量溶剂与生物分子的作用有重要意义。本工作中,我们发现微量溶剂可以用于调控二肽自组装:具有氢键桥连作用的微量溶剂分子(包括乙醇、丙酮、DMF)可诱导二肽形成有序的纤维结构,溶剂分子将影响二肽分子中C=O和N-H的氢键作用,但不会促使二肽分子形成&pi;-&pi;堆积...</p

寡肽调控卟啉自组装仿生产氢光合成体系

太阳能的利用被认为是解决未来能源危机的重要途径之一,向自然界学习光合作用的基本原则可以指导我们构筑高效的人工光合作用体系。自然界中的光合成系统主要是以蛋白质为模板调控一系列的光敏分子(卟啉),电子调节体以及催化中心精确组织构建的,实现了高效的能量捕获,能量转移,电荷分离和光催化转化过程。寡肽作为蛋白质的基本组成基元,具有易于获得,结构简单和可编译自组装等优势。因此,我们提出了寡肽调控卟啉自组装构建仿生光合成系统的思路~([1-4])。本研究采用简单的生物小分子二赖氨酸和四(4-磺基苯基)卟啉作为起始材料,通过分子间的静电作用和氢键作用,自组装形成了多尺度有序纤维束。卟啉分子在组装体中以J-聚集...</p

寡肽/Mn~(2+)配位组装的纳米颗粒及成像辅助的光动力治疗

集诊断和治疗功能于一体的纳米药物有利于实现肿瘤精准的定位与高效的治疗。目前发展的肿瘤成像技术各有特点,比如荧光成像灵敏度高但只适应于表层组织的成像;磁共振成像不受组织穿透深度的限制适用于全身包括组织与血管的成像。多模式成像技术的结合可以实现单一成像模式的优势互补。同时,多模式成像技术对于肿瘤的治疗具有重要的指导意义,成像可以提供肿瘤准确的位置与大小,追踪药物的分布,以及实时反馈治疗效果便于及时调整治疗策略,实现高效可控的癌症治疗。我们用寡肽调控了磁共振成像剂Mn~(2+)和光敏剂Ce6的自组装,构筑了新型多功能纳米药物。其中寡肽小分子生物相容性良好,结构简单,具有疏水作用和配位作用多重作用位点,能与Mn~(2+)和Ce6共组装得到三组分纳米颗粒。该纳米药物同时具有诊断和治疗功能,有望在荧光成像以及磁共振成像双模式成像的指导下实现对肿瘤有效的光动力治疗。</p

界面组装设计疏水纳米药物及其抗肿瘤应用研究

纳米化的药物颗粒可有效改善疏水药物的溶解度,提高其生物利用度,成为生物医药领域的研究重点。然而现有疏水纳米药物颗粒由于其稳定剂存在表面亲和力弱、稳定速率慢等不足,使得疏水性纳米药物颗粒在水相介质中普遍存在颗粒不稳定、易发生Ostwald熟化、结晶析出等问题[1,2]。本研究中,我们提出利用仿生黏附分子作为组装基元,直接在介稳态的疏水纳米药物颗粒表面进行快速界面组装,形成高亲和力的稳定保护膜,抑制纳米药物颗粒Ostwald熟化的发生,实现具有长期稳定性疏水纳米药物颗粒的构建(Fig.1)。选取典型化疗药物紫杉醇和光敏剂二氢卟吩e6(Ce6)作为疏水性药物的代表,通过一锅法制备得到具有高载药量、长...</p

肽调控的光功能纳米药物

肽的自组装材料具有结构可控性强、生物安全性高、生物相容性好的优点,在生物医药应用中前景广阔~([1,2])。然而,如何通过对肽分子的合理修饰,可控制备肽基自组装材料,并对其结构和功能进行整合,仍具有较大的挑战。本研究中我们发展了两种构建新型肽基功能自组装材料的合成和组装策略。第一种策略中,受血红蛋白中蛋白与卟啉复合作用的启发,设计、合成了寡肽和卟啉的共价复合物TPP-G-FF,该复合物在水体系中自组装形成粒径25 nm左右的纳米点~([3])(Fig.1)。纳米点中卟啉处于高度聚集状态,其吸收的光能通过荧光或光化学失活的途径被抑制,增强了其光热转换效率,纳米点在肿瘤的光热治疗中展现了优良的肿瘤富集和肿瘤杀伤性能。第二种策略中,合成了响应性基团连接的二肽衍生物,自组装构建了肽基纳米纤维和水凝胶。在疏水、氢键、&pi;-作用等弱相互作用作用的驱动下,纳米纤维和水凝胶可作为药物载体,对光敏剂药物进行高效负载和响应性释放,在体外和体内光动力治疗中增强了对肿瘤生长的抑制。新型肽衍生物的合成和自组装,是从分子层次调控自组装结构和功能的有效策略,为以超分子科学设计治疗性的纳米组装药物提供了新的思路。</p

可注射的光活性胶原蛋白水凝胶及抗肿瘤应用研究

癌症已成为危害人类健康的主要杀手,实现癌症的有效治疗已成为当代社会迫切需要解决的重要课题之一。智能水凝胶药物递送系统本身对温度、p H、力等外界刺激能做出迅速的反应,在生物医学领域尤其是体表肿瘤治疗方面受到了广泛关注。采用一步策略设计并合成了具有自治愈特性的胶原蛋白水凝胶。此水凝胶可原位合成纳米金颗粒,赋予其光热的性质,同时水凝胶也可负载光动力药物,实现光敏药物在病灶部位的原位保留和可持续释放。因此,该蛋白水凝胶可用于肿瘤的光热-光动力的联合治疗,可根据需要调控体系实现单激光激发。水凝胶制备过程环境友好,具有良好的生物相容特性,高稳定性,极小副作用及低细胞毒性。在肿瘤治疗方面,采用原位注射水凝胶的方法,大大降低了给药剂量,有效防止药物全身扩散带来的毒副作用;胶原凝胶装载药物的持续性肿瘤富集与释放,实现了一次给药长时间多次治疗的目的,可有效减轻患者的痛苦;单激光光源的光热与光动力的联合治疗,能够提高肿瘤的治疗效果

剪切响应型肽基载体用于药物仿生递送

血管栓塞是导致人突然死亡的重要因素之一。肝素(HEP)作为生物体自身的物质成分,以其高效性、无毒成为该类疾病治疗的最有效药物之一,但HEP存在体内半衰期较短、溶液剂静脉注射时易引发大出血等不足。针对这些不足,本研究基于仿生原理,通过多肽自组装制备载药纳米粒,并以静电作用将其吸附到红细胞(RBC)表面形成剪切响应型药物载体。RBC的长循环特性显著提高HEP的血液半衰期;其较大的粒径(7~8&mu;m)促使其活动区域仅限于血管内,有利于药物的限域释放。载体的酶响应性促使HEP平稳释放,有效降低大出血风险。与正常平滑的血管壁相比,血栓病灶部位血流的剪切力增高。RBC的剪切变形特性使载体呈现剪切响应释药,实...</p

可注射胶原蛋白-纳米金自组装水凝胶用于光热/光动力抗肿瘤治疗

基于蛋白、多肽自组装形成的可注射、可自愈水凝胶,因其固有的生物相容性、可降解性、可调的机械性能及环境响应性,在生物医学领域越来越受到关注~([1,2])。基于生物分子自组装的理念,我们构建了可原位矿化形成纳米金的、可注射、可自愈胶原蛋白水凝胶,其作用机理主要是:正电荷的胶原蛋白分子链与负电荷的无机阴离子团簇(AuCl_4~-)静电作用引发自组装。原位矿化形成的金纳米颗粒具有调控凝胶机械性能的作用,纳米金与胶原凝胶之间弱的作用力赋予了水凝胶剪切变稀及自愈性能。这种生物相容性良好的胶原水凝胶可作为一种新颖的工具用于药物保留及药物持续释放。它具有诸多优点,如降低药物使用量、降低药物毒性、提高生物利用...</p

短肽调控近红外IR140共组装纳米药物应用于肿瘤光热治疗

基于纳米药物的光热治疗,采用的近红外光穿透深度长,药物EPR效应与照光区域限制使其具有双重靶向性,同时可以结合多种成像模式,实现精准定位。因此光热治疗具有微创、安全、高效性。近年来有机小分子光热试剂的发展,既不存在无机材料的生物不相容问题,又避免了有机高分子复杂的表面修饰,因此受到了研究者青睐,其中包括小分子IR140近红外荧光染料,但是单分子态IR140体内应用存在水溶液不稳定、光学性质不稳定、易与蛋白非特异性吸附等弊端。针对以上问题,基于我们组装调控分子聚集制备纳米药物的研究[1,2],我们采用短肽分子调控IR140共组装的方式,实现IR140从单分子态到聚集态转变,提高了IR140体内外应用的稳定性,使得纳米聚集态较单分子态具有更高的光热转化效率,体外实验证明具有更好的光热治疗效果。基于上述实验结果,调控得到的IR140纳米药物,可进一步研究在体的成像及治疗,拓宽在生命科学与医学领域的应用。</p