無機(jī)表面手性對蛋白質(zhì)組裝及后續(xù)細(xì)胞行為影響的研究.pdf

1、自然界中存在許多固有手性的無機(jī)礦物材料，它們的手性源自表面原子的不對稱排列，例如石英和方解石單晶。在生命起源前，生物分子與無機(jī)礦物材料表面之間的相互作用，很可能是一種普遍存在的物理化學(xué)過程。因此，關(guān)于無機(jī)手性表面與生物系統(tǒng)間相互作用的研究，將有助于深入理解生命體的手性起源與礦物材料的關(guān)系。
　　無機(jī)手性材料的表面手性即使在高溫以及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等相對極端的條件下，也能夠得以維持。相對于通過物理吸附或者化學(xué)鍵合手性有機(jī)分子等表面改性手段

2、構(gòu)建的手性表面，無機(jī)手性表面具備更高的機(jī)械和熱穩(wěn)定性。此外，無機(jī)手性表面的相關(guān)應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，例如，無機(jī)手性表面可作為不對稱合成的界面、區(qū)分對映異構(gòu)體的電極表面以及用于手性分子分解的自催化表面。然而，據(jù)我們所知，有關(guān)無機(jī)手性表面與生物分子或細(xì)胞之間相互作用的研究還很少。
　　近年來，相關(guān)研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)手性有機(jī)分子修飾的表面能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)的生物活性和表面上的細(xì)胞行為產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。然而，目前的大多數(shù)工作主要側(cè)重于研究表面手性對于

3、細(xì)胞行為的影響，而很少關(guān)注相關(guān)蛋白質(zhì)在該過程中所起到的作用?？紤]到細(xì)胞粘附于基底表面之前通常會伴隨著蛋白質(zhì)的吸附，本研究組前期已經(jīng)系統(tǒng)地研究了酒石酸對映異構(gòu)體修飾的云母表面對胰島素組裝行為的影響，以及后續(xù)該吸附有胰島素的手性表面對PC12細(xì)胞增殖和分化的影響。結(jié)果表明手性有機(jī)分子修飾的表面和生物分子或細(xì)胞之間存在著顯著的相互作用。受此啟發(fā)，本論文進(jìn)一步將無機(jī)手性表面引入到蛋白質(zhì)組裝和細(xì)胞行為的研究中。無機(jī)手性表面的引入有助于從空間構(gòu)象的

4、角度解釋手性表面的影響，并且為組織工程學(xué)的發(fā)展和新型生物相容性材料的開發(fā)提供新的思路。此外，有關(guān)無機(jī)手性表面與蛋白質(zhì)或細(xì)胞間的相互作用的研究，可能為生物體手性偏向性的起源問題提供有價值的信息。
　　本論文構(gòu)建了基于手性TiO2納米纖維的無機(jī)手性表面，首次系統(tǒng)研究了無機(jī)手性表面對蛋白質(zhì)組裝和細(xì)胞行為的影響。令人欣喜的是，無機(jī)表面手性對模型蛋白質(zhì)胰島素的組裝產(chǎn)生了顯著的影響。胰島素在D-TiO2納米纖維修飾的表面（D-表面）上能夠維持

5、著其天然的α-螺旋為主的二級結(jié)構(gòu)；然而，胰島素在L-TiO2納米纖維修飾的表面（L-表面）上會形成富含β-折疊結(jié)構(gòu)的淀粉樣蛋白纖維。由于胰島素與D-表面和L-表面間的相互作用強(qiáng)度存在差異，這可能導(dǎo)致了胰島素在這兩種表面上組裝行為的不同。另一方面，無機(jī)手性表面還會通過影響胰島素的吸附構(gòu)象，進(jìn)一步調(diào)節(jié)PC12細(xì)胞在表面的行為。具體來講，胰島素在D-表面能夠維持其原本的構(gòu)象，因此其生物活性得以保持，對PC12細(xì)胞的增殖和分化也都起著促進(jìn)作用；