脂质体表面电荷与膜刚性对金纳米粒子相互作用的调控机制及其生物医学应用价值

本研究针对纳米医学中金纳米粒子(AuNPs)与细胞膜相互作用机制不明确的问题，通过构建不同膜刚性（DOPC/DPPC）和表面电荷（DOPS/DOTAP）的脂质体模型系统，结合SANS、DLS等多尺度表征技术，首次发现AuNPs可诱导带强电荷的DOPC脂质体形成多层结构，揭示了膜物理化学性质对纳米粒子吸附模式（单粒子吸附vs簇集）和膜重构（收缩/相变）的协同调控规律，为设计新型纳米药物递送系统提供了理论依据。

　　

在纳米医学领域，金纳米粒子(AuNPs)因其独特的光学性质和生物相容性，被广泛应用于癌症治疗、抗菌制剂和诊断检测等领域。然而，这些应用面临一个根本性挑战：AuNPs如何与细胞膜相互作用？尽管磷脂双分子层是细胞膜的主要结构，但关于纳米粒子与膜相互作用的物理化学机制仍存在知识空白。特别是，膜表面电荷与刚性这两个关键参数如何协同影响AuNPs的吸附行为、聚集状态以及膜结构重构，至今缺乏系统研究。

英国研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的研究中，创新性地采用工程化脂质体作为细胞膜模型，通过精确调控膜组成来分离表面电荷与刚性变量的影响。他们选择1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)和1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DPPC)分别构建流体相和凝胶相膜，再引入阴离子脂质1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸-l-丝氨酸(DOPS)或阳离子脂质1,2-二油酰-3-三甲基铵-丙烷(DOTAP)来调节表面电荷。通过动态光散射(DLS)追踪相互作用动力学，结合小角中子散射(SANS)和透射电镜(TEM)解析纳米尺度结构变化，首次观察到AuNPs诱导带强电荷的DOPC脂质体形成多层囊泡的突破性现象。

关键技术方法
研究采用六种脂质体系统（DOPC/DPPC±DOPS/DOTAP），通过挤出法制备单层脂质体。使用DLS测定粒径和Zeta电位，SANS分析膜结构变化，紫外-可见光谱监测AuNPs聚集状态，TEM直观观察复合物形貌。所有实验在25°C（DOPC体系）或50°C（DPPC体系）下进行以确保膜相态稳定性。

Results and discussion

1. 脂质体表征：含DOTAP或DOPS的脂质体粒径（~90nm）显著小于纯PC脂质体（~120nm），且表面电荷绝对值增大，这与文献报道的带电脂质降低膜曲率能的现象一致。
2. AuNPs聚集动力学：DLS显示带正电的DOTAP脂质体使AuNPs快速聚集（30分钟内水力学直径增加300%），而DOPS体系呈现缓慢的两阶段聚集，反映静电作用主导初始吸附。
3. 膜结构重构：SANS数据首次揭示DOPC-DOPS和DOPC-DOTAP体系中出现~6.5nm的周期性层状结构，证实AuNPs诱导形成多层的脂质体，该现象在DPPC基脂质体中完全缺失。
4. 相态依赖性相互作用：TEM显示流体相DOPC膜上AuNPs形成紧密簇集并引发局部凝胶化，而凝胶相DPPC膜仅允许单粒子吸附，这与分子动力学模拟文献中膜流动性促进纳米粒子内化的结论相呼应。

Conclusions
该研究确立了脂质体-AuNPs相互作用的"电荷-刚性"调控规律：①强表面电荷促进AuNPs跨膜分布并诱导多层结构形成，这种效应仅在流体相膜中显现；②膜刚性决定AuNPs吸附模式，流体相膜通过局部相变适应纳米粒子簇集，凝胶相膜则维持粒子间距。这些发现不仅解释了先前研究中看似矛盾的观测结果，更重要的是为精准设计脂质体-纳米粒子杂化系统提供了新范式——通过调控膜组成可定向获得特定结构的纳米生物复合物，这对开发刺激响应型药物载体（如pH敏感释放）和增强成像探针的膜穿透效率具有重要指导价值。作者Ghazaleh Mazaheri Tehrani等特别指出，DOPC-DOTAP体系表现出的快速AuNPs聚集特性可用于设计急性感染部位的抗菌纳米制剂，而DOPC-DOPS系统的渐进式相互作用则适合构建长效肿瘤靶向系统。