锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒与胃蛋白酶相互作用的研究

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近几十年来,纳米材料技术的发展十分迅速,纳米材料的应用范围越来越广泛,涉及工业、商业和生物医学等多个领域。纳米材料的巨大应用前景以及工业中的大量生产使得人们在日常生活中接触到它们的概率大大提高。在这种情况下,纳米材料的生物效应成为了关注焦点,引发了科研人员极大的兴趣。众所周知,纳米颗粒暴露于生物体后会立即与生物体液中的蛋白质分子发生作用,其表面会形成一层蛋白冠。从纳米颗粒角度来说,蛋白冠的形成会改变纳米颗粒在生物体中细胞摄取和从生物体的清除等代谢途径,影响纳米颗粒在生物体中的分布和其功能的发挥。从蛋白质分子角度来说,蛋白冠的形成会改变蛋白质的结构、活性及其功能,从而影响纳米材料的生物效应。因此,研究纳米颗粒和蛋白质的相互作用,对纳米材料在生物技术领域和生命科学领域的应用具有重要意义。磁性纳米颗粒因为具有较高的磁化率和很好的生物相容性被广泛应用于生物医学领域,目前超顺磁四氧化三铁纳米颗粒是唯一被美国FDA批准用于临床的纳米磁共振成像造影剂。锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒(ZnxFe3-xO4 NPs)具有比四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4 NPs)更高的磁化率,是一个更好的潜在磁共振成像造影剂。在其应用之前,需要对它与体内蛋白质的相互作用进行探究,了解其与体内蛋白质的吸附作用以及由此带来的生物安全效应。本课题选取锌掺杂四氧化三铁纳米颗粒(Zn0.4Fe2.6O4 NPs)为研究对象,探究了其在小鼠体内与胃内蛋白质的相互作用以及在体外与胃蛋白酶的相互作用。全文共分三章。第一章:首先,我们对纳米材料和蛋白质相互作用的原理进行了概述。其次,我们从纳米颗粒、蛋白质和介质三个方面分析了影响纳米颗粒吸附的因素。紧接着根据已有的工作总结了吸附作用对纳米颗粒和蛋白质性质的影响。最后,我们介绍了纳米颗粒和蛋白质相互作用的研究方法。第二章:我们使用水热法合成了 Zn0.4Fe2.6O4 NPs,并用TEM、XRD和DLS对合成的颗粒进行了表征。通过灌胃给药Zn0.4Fe2.6O4 NPs,研究了小鼠胃内Zn0.4Fe2.6O4 NPs蛋白质冠的组成。实验结果表明,该蛋白冠含有32种蛋白质,包含胃中存在的胃蛋白酶原、脂肪酶、内因子等,还有胰腺分泌的蛋白,如胰腺淀粉酶、弹性蛋白酶。在体外实验中,我们研究了Zn0.4Fe2.6O4 NPs与胃蛋白酶的相互作用,结果表明胃蛋白酶在Zn0.4Fe2.6O4 NPs表面的吸附能够很快达成平衡,吸附行为符合Langmuir模型。最大吸附量在胃蛋白酶等电点附近达成,高离子强度会抑制胃蛋白酶的吸附。此外,不论是在小鼠体内或体外,蛋白质在Zn0.4Fe2.6O4 NPs表面的吸附使颗粒出现了明显的团聚。第三章:研究了 Zn0.4Fe2.6O4 NPs和胃蛋白酶相互作用后对胃蛋白酶结构和活性的影响,结果表明吸附作用后胃蛋白酶的二级结构发生了改变,酶活性显著降低。此外,与Zn0.4Fe2.6O4 NPs作用后胃蛋白酶的肽链可能发生了断裂。
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