南京大学特聘教授连发PNAS，Nature子刊文章

　　

生物通报道：早年毕业于苏州大学的马余强教授在1999年获国家杰出青年科学基金，之后被聘为教育部****奖励计划特聘教授，近期其研究小组接连获得了生物物理学方面的重要成果。

第一篇文章发表在《美国国家科学院院刊》上，题为“理解植物细胞皮层微管自组织的相行为”。

植物细胞皮层微管阵列(cortical microtubule array)是一种独特的细胞骨架结构。与动物细胞不同的是植物细胞骨架没有中心体。在细胞分裂间期，微管分布在液泡和植物细胞质膜之间的细胞质壳层中。1962 年，Paul Green 就推测在植物细胞皮层存在高度各向异性的物质结构。1963 年，Ledbetter 和Porter 在植物细胞质膜下观察到平行排列的环纹状结构，并将这种独特的纤维状物质命名为“微管”。

这种环纹状结构就是植物细胞皮层微管阵列，它在植物细胞形态发生中起着至关重要的作用。 2003年，通过荧光显微技术，Sidney L. Shaw 等人，观察到微管在质膜上的“踏车”（treadmilling）运动。2004 年，Ram Dixit 和Richard Cyr 进一步发现“踏车”运动导致微管之间的相互碰撞，并且可能诱发微管的自发有序化。这些发现引发了微管有序化方面的理论探讨。特别有意义的一个挑战是，在没有中心体的情况下，细胞分裂周期中不同时期的微管组织形态是如何形成和调控的。

这篇研究论文从理论和模拟两方面深入探讨了存在聚合-解聚反应的微管系统中发生有序和无序转变的调控机制。研究发现，在这样的系统中，聚合反应往往和微管间的相互作用发生耦合，从而实现新颖的有序-无序转变机制。通过调控微管的聚合-解聚速率往往就能实现向列相有序-无序的转变。不仅如此，通过改变微管的其他动力学参数，比如成核速率，灾变速率（catastrophe rate）也能促发形态的有序-无序转变。

研究人员通过建立理论模型，结合大规模的数值计算和模拟得到了系统的相图，并揭示了相图各区域的相转变特性。相图揭示了系统存在两种不同的向列相有序态。这些有序态和无序态之间的转变可以通过连续或不连续相变完成。转变特性取决于系统的动力学参数。这些研究结果不仅印证了实验上关于皮层微管阵列有序化机制的猜测，同时也有助于生物学家进一步理解微管出现自发有序的微观调控机制。

另外近期研究小组成果还获得了纳米生物学研究方面的成果，这篇题为“Computer simulation of the translocation of nanoparticles with different shapes across a lipid bilayer”发表在Nature Nanotechnol上，并被推荐为Nature China研究亮点。

纳米微粒在药物传递，成像等多个方面都具有重要的作用，但是影响纳米微粒穿透细胞膜的重要因素至今科学家们还并没有完全了解。

在这篇文章中，研究人员利用耗散粒子动力学（dissipative particle dynamics）分析了纳米微粒进入细胞膜的过程，从而发现了纳米微粒的形状和方向决定了这一穿透过程动力学。

这些发现将有助于科学家们利用几何学方法设计药物载体。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Computer simulation of the translocation of nanoparticles with different shapes across a lipid bilayer.

Understanding how nanoparticles with different shapes interact with cell membranes is important in drug and gene delivery, but this interaction remains poorly studied. Using computer simulations, we investigate the physical translocation processes of nanoparticles with different shapes (for example, spheres, ellipsoids, rods, discs and pushpin-like particles) and volumes across a lipid bilayer. We find that the shape anisotropy and initial orientation of the particle are crucial to the nature of the interaction between the particle and lipid bilayer. The penetrating capability of a nanoparticle across a lipid bilayer is determined by the contact area between the particle and lipid bilayer, and the local curvature of the particle at the contact point. Particle volume affects translocation indirectly, and particle rotation can complicate the penetration process. Our results provide a practical guide to geometry considerations when designing nanoscale cargo carriers.

作者简介：

马余强

教育部长江计划特聘教授
国家杰出青年基金获得者

通讯地址：江苏省南京大学物理系 210093
联系电话：[phone]（办） 13951803860（手机）

学术和工作简历：

1990年和1993年分别在苏州大学和南京大学获得理学硕士和博士学位；1995年晋升物理学教授；1997年列入教育部跨世纪优秀人才培养计划；1999年获国家杰出青年科学基金；2001年为教育部****奖励计划特聘教授。

主要从事物理学、化学和生命科学交叉的软凝聚态物理领域研究，2000年以来发表国际知名学术刊物论文百余篇，大多论文发表在高影响因子的国际学术刊物。部份工作还在化学类刊物如美国化学会志，大分子和物理化学杂志发表。多次在国际、国内重要学术会议作特邀报告，如应邀在国际分子模拟会议做大会报告，国际高分子会议做邀请报告，全国高分子材料会议上做大会报告，以及应邀访问美国麻省大学和康州大学的高分子科学系并做报告等等。担任中美前沿科学研讨会软物质专题主席，以及多次负责组织中国高等科学技术中心软物质物理工作月等重要学术会议和多次负责过中国物理学年会的软凝聚态物理、生物和交叉领域分会等等。主持国家杰出青年科学基金，国家自然科学基金重点项目、教育部跨世纪优秀人才基金、霍英东基金、国家自然科学基金理论物理重要课题、海外杰出青年学者合作基金、国家自然科学基金重大研究计划项目多项子课题等国家级项目十多项。已培养博士毕业研究生近30位。