基于金属纳米颗粒动态单分子分析的纳米颗粒蛋白冠研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    91853105
  • 项目类别：
    重大研究计划
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    何彦
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The unique size and interfacial effects of nanoparticles make them very easy to interact with large biomolecules. In a real biological solution environment, what can stably exist is not a pre-designed functional nanoparticle, but a nanoparticle-centered protein complex, commonly referred to as a protein crona. Understanding the dynamic processes and mechanisms of protein crona formation is of great significance for prediction of the crona compositions, precisely control of their subsequent biological effects, and the design and application of bio-nanomaterials. In order to study the formation mechanism and regulation of nanoparticle protein crona in real time, we plans to use single gold nanorods as non-fluorescent single-molecule probes, develop high-speed single-particle dark-field imaging technology, and develop dynamic single-molecule data analysis methods. In addition, we would study the dynamic formation process, formation mechanism and equilibrium conversion mechanism of the protein crona under different conditions, and investigate the uptake of nanoparticles coated with different protein crona by different cells. These works shall provide new avenue for the study of biological macromolecules on the dynamic surface modification, biological function and targeted regulation of nanoparticles.
纳米颗粒独特的尺寸和界面效应使得其很容易与生物大分子相互作用。在真实的生物体溶液环境中，能够稳定存在的不是预先设计的功能化纳米颗粒，而是以纳米颗粒为中心的蛋白复合体，通常称为蛋白冠。了解蛋白冠形成的动态过程和机制，以预测特定的颗粒和蛋白环境中蛋白冠的组成，并精确调控其后续的生物学效应，对于生物纳米材料的设计和应用有重大意义。为实时原位研究纳米颗粒蛋白冠的形成机理和调控规律，本项目计划以单个金纳米棒为非荧光动态单分子探针，发展高速单颗粒暗场成像技术，发展动态单分子大数据分析技术，探究不同条件下纳米颗粒-蛋白冠的动态形成过程、形成机理及平衡转化机制，考察不同细胞对包覆有不同蛋白冠的纳米颗粒的摄取。这些研究将为生物大分子在纳米颗粒表面的动态修饰、生物学功能及靶向调控研究提供新工具和新思路。

结项摘要

如何深入认识生理环境中生物大分子在纳米颗粒表面自发的动态修饰作用，特别是蛋白冠效应，是纳米材料生物学应用中的一个重要问题。当前，研究者们主要采用多种蛋白质组学的方式以及基于纳米颗粒理化性质的表征手段来研究蛋白冠。但传统方法往往涉及繁琐的样品前处理，会造成蛋白的部分脱附，难以还原蛋白冠的真实特性。而且，由于是静态的表征方法，只能获取某一时段的信息，无法实时检测纳米颗粒在细胞或生物体内与蛋白的相互作用过程。因此，我们开发了一种高速单颗粒暗场显微成像技术，以单个金纳米棒为非荧光动态单分子探针，来实时原位研究纳米颗粒表面蛋白冠的形成机制和调控规律。这种方法具有亚纳米尺度的分辨率，无需将探针与介质分离，能提供更为准确的分子学信息。我们考察了多种蛋白环境中蛋白冠的形成机制和动态特性，并通过化学干预探究了纳米材料表面修饰、电性对蛋白冠的影响。在此基础上，我们考察了多种生理环境中蛋白冠的生物学效应，包括蛋白液液相分离、金纳米棒的细胞内吞过程和不同抗体修饰金纳米棒的内吞动力学。这些工作对于从分子层面揭示蛋白冠的特征和调控机制有着重要的意义，并有望对纳米药物的设计和制备提供有益的参考。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Single Nanoparticle Tracking Reveals Efficient Long-Distance Undercurrent Transport in Upper Fluid of Bacterial Swarms
单纳米粒子追踪揭示了细菌群上层流体的有效长距离暗流传输
  • DOI：
    10.1016/j.isci.2019.11.012
  • 发表时间：
    2019-12-20
  • 期刊：
    ISCIENCE
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Feng, Jingjing;Zhang, Zexin;He, Yan
  • 通讯作者：
    He, Yan
Spatiotemporal Heterogeneity of Reactions in Solution Observed with High-Speed Single-Nanorod Rotational Sensing
通过高速单纳米棒旋转传感观察溶液中反应的时空异质性
  • DOI：
    10.1002/anie.201901550
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Angewandte Chemie International Edition
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Pan Qi;Zhao Hansen;Lin Xijian;He Yan
  • 通讯作者：
    He Yan
In situ detection of protein corona on single particle by rotational diffusivity
利用旋转扩散率原位检测单颗粒上的蛋白质电晕
  • DOI：
    10.1039/c9nr06072c
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Lin Xijian;Pan Qi;He Yan
  • 通讯作者：
    He Yan
Visualizing Diffusional Dynamics of Gold Nanorods on Cell Membrane using Single Nanoparticle Darkfield Microscopy
使用单纳米粒子暗场显微镜可视化金纳米棒在细胞膜上的扩散动力学
  • DOI：
    10.3791/61603
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Jove-Journal of Visualized Experiments
  • 影响因子：
    1.2
  • 作者：
    Ge Feng;Xue Jianfeng;He Yan
  • 通讯作者：
    He Yan
Uncover Single Nanoparticle Dynamics on Live Cell Membrane with Data-Driven Historical Experience Analysis
通过数据驱动的历史经验分析揭示活细胞膜上的单纳米粒子动力学
  • DOI：
    10.1021/acs.analchem.1c01666
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Analytical Chemistry
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Zhao Hansen;Ge Feng;Zhang Yongyu;Huang Zhenrong;Shi Xiangjun;Xiong Bin;Liao Xuebin;Zhang Sichun;He Yan
  • 通讯作者：
    He Yan

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微纳复杂体系动态单分子成像与时空调控系统
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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