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Adsorption of the pulmonary surfactant at interfaces and the associated bio logical effects
Authors
白轩
Publication date
30 November 2019
Publisher
Abstract
肺表面活性剂是由II 型肺泡细胞合成和分泌的脂质蛋白质复合物质,可以吸附在肺泡的表面,在界面处形成单层膜, 这一层膜能够将肺泡的表面张力降低到非常低 ,以维持正常的呼吸作用 。肺表面活性剂膜也是抵御吸入的纳米颗粒的第一道屏障。当纳米颗粒与肺表面活性剂膜接触时,它们可以吸附肺表面活性剂的磷脂脂和蛋白质,从而在其表面上形成称之为脂蛋白冕的结构 。该脂蛋白冕赋予了纳米颗粒新的生物识别身份,并影响纳米颗粒的生物效应。因此, 研究肺表面活性剂在表面或界面(包括空气水界面和纳米颗粒表面)上的吸附,对于研究肺表面活性剂的生物物理功能和生物效应至关重要。 尽管目前已有许多关于肺表面活性剂 在界面或表面吸附的实验研究, 揭示肺表面活性剂在界面上的动态吸附过程仍然具有很大的挑战性。通过受限液滴表面张力测量法( Constrained Drop Surfactometry , CDS )和粗粒化分子动力学模拟,本文首先研究了肺表面活性剂 的主要成分二棕榈酰磷脂酰胆碱(dipalmitoylphosphatidylcholine DPPC )在 水气界面吸附的生物物理机制。我们发现从囊泡吸附的 DPPC 膜表现出明显比通过有机溶剂铺展的 DPPC 单层膜更高的平衡表面张力 。模拟显示,只有 DPPC 囊泡的外层能够在水气界面打开并铺展,而内层保持完整并在界面处形成反胶束的结构 。这种反胶束增加了单层膜的局部曲率,从而导致了磷脂在水气界面 的松散排序,进而形成了更高的平衡表面张力。 通过粗粒化分子动力学模拟研究了多组分肺表面活性剂在水气界面的吸附。我们发现具有比 DPPC 更大头部基团的磷脂 在水气界面的吸附可以达到较低的表面张力。不饱和的尾巴和胆固醇可以通过稳定吸附结构的曲率以及增强倒置胶束中尾部之间的相互作用,帮助吸附的肺表面活性剂的表面张力降低到更低的值。通过包括梯度离心和高效液相色谱 质谱在内的实验技术,定量分析了纳米颗粒上吸附的天然肺表面活性剂的磷脂成分。我们发现肺表面活性剂的吸附是由肺表面活性剂薄膜和纳米颗粒表面之间的粘附能驱动的,该粘附能可以通过纳米颗粒的表面性质以及外力来调节。 同样,脂蛋白冕中的磷脂的成分不同于原始的肺表面活性剂成分,这可能是由于纳米颗粒与特定脂质之间的吸引力或脂质的弯曲模量所决定。 使用耗散粒子动力学模拟研究了肺表面活性剂在纳米颗粒上的吸附的生物效应,即细胞膜与修饰了肺表面活性剂的纳米颗粒之间的相互作用。我们研究了肺表 面活性剂脂质和蛋白质的物理化学特性如何分别影响吸入纳米颗粒的细胞膜的 响应 。我们指出了细胞膜对脂质纳米颗粒内吞作用的几个关键因素,包括修饰脂质的变形,脂质的变形,修饰修饰脂质的密度和配体脂质的密度和配体--受体结合强度。进一步的研究表明,修修饰饰脂质的变形消耗了能量,但另一方面却促进了脂质的变形消耗了能量,但另一方面却促进了修饰的修饰的配体更紧密地与受体结合。修饰的 脂质密度控制了配体的数量和脂质纳米颗粒的疏水性,分别通过特异性和非特异性相互作用影响内吞作用 。 我们还发现与脂质相关的疏水性表面活性剂蛋白可以加速纳米颗粒的内吞过程,但是内吞作用效率主要取决于被覆表面活性剂脂质的密度。</p
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Institute Of Mechanics,Chinese Academy of Sciences
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Last time updated on 18/12/2019