基于胶体晶体薄膜干涉效应的血液蛋白与药物相互作用研究

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血液中富含各种蛋白质,如人血清白蛋白(Human Serum Albumin,HSA)、免疫球蛋白(Immunoglobulins,Ig)以及纤维蛋白原(Fibrinogen,Fg),分别具有维持渗透压、药物运输、免疫保护、血液凝聚和血栓形成等功能。血液蛋白质与药物发生一系列相互作用,经典的研究方法包括表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR,Biacore公司)和生物薄膜干涉技术(Biacore Bio-Layer Interferometry,BLI,Fortebio公司)等。由于基底的局限,上述两种方法对血液蛋白与药物的相互作用的分析尚有不足。有序多孔层干涉测量系统(Ordered Porous Layer Interferometry,OPLI)是将SiO2胶体晶体等有序多孔干涉层替代反射干涉光谱测量技术中的二维基底的动态监测分子相互作用进程的低成本、快速非标记分析技术。本论文制备了SiO2胶体晶体薄膜干涉层,优化了有序多孔层干涉测量系统,研究了三种血液蛋白质的吸附行为,建立了小分子药物和HSA相互作用特点和动力学分析方法,拓展了以SiO2胶体晶体薄膜为血栓模型的“微支架”溶栓检测应用。本论文的主要工作如下:1.通过垂直沉积法实现了SiO2胶体晶体薄膜的制备,将显微镜与有序多孔层干涉测量系统结合,构筑了微区有序多孔层干涉测量系统。从理论和试验两方面对比了光子禁带和干涉效应作为待测物的量化指标的传感器灵敏度。理论计算表明,光子晶体干涉效应为基础的光学厚度参数灵敏度更高,检测限更低。试验结果表明,相对于光子晶体周期性特征的光子禁带,光学厚度参数的检测结果在相对误差、线性关系和检测限方面都具有优势。2.在此基础上,研究了三种代表性血液蛋白质在SiO2表面的吸附行为即蛋白冠形成过程,结果表明这三种蛋白质具有不同的吸附行为过程及光学参数;探索了HSA在三种不同曲率的SiO2表面的吸附过程,结果表明曲率越大时,蛋白质吸附越快,厚度越大。以血浆和全血样品为生物环境开展蛋白质吸附过程研究,结果表明本方法可以直接用于血浆和全血在纳米粒子表面蛋白质吸附行为的过程监测,为后续与药物分子的相互作用研究提供血液蛋白的吸附特性基础。3.HSA作为最重要的小分子药物体内运输载体之一,与药物亲和力的关系十分重要。本论文利用有序多孔层干涉测量技术和SiO2胶体晶体薄膜建立了一种实时的HSA与吲哚美辛等药物的亲和力检测方法。首先通过共价结合的方法将HSA固定在SiO2胶体晶体薄膜,用光学厚度变化作为参数实时评价吲哚美辛和HSA结合和解离过程。最终选取了190 nm的SiO2胶体晶体薄膜,并用几种不同亲和力的药物对此方法进行验证。通过实时的结合和解离曲线对以上几种药物与HSA结合的动力学进行分析。4.以SiO2胶体晶体薄膜为骨架,负载纤维蛋白并制备光干涉血栓模型建立了一种新型的原位溶栓检测方法。通过监测负载薄膜上纤维蛋白的溶解过程产生的光学厚度变化来实时研究溶栓过程,并提供动力学数据。比较了纳豆激酶、尿激酶和蚓激酶作为溶栓药物模型的整个溶栓过程并与纤维蛋白平板法作对比。结果显示该方法对纳豆激酶、尿激酶和蚓激酶具有良好的敏感性,可作为一种实时、低成本、快速的药物溶栓检测系统。
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