调控ZIF-8衍生硬碳中开孔结构以构建闭孔实现高平台容量钠离子电池

本研究针对阿霉素（DOX）与细胞膜相互作用机制不清的问题，通过构建MCF-7乳腺癌细胞和健康成纤维细胞（FB）的真实膜Langmuir模型，结合表面压力-面积等温线、原子力显微镜（AFM）和布鲁斯特角显微镜（MicroBAM）等多技术手段，揭示了DOX与肿瘤/健康细胞膜的差异化相互作用机制。研究发现MCF-7膜因富含负电荷脂质而主要通过静电作用与DOX结合并引发聚集，而FB膜则以疏水相互作用为主导，该研究为优化化疗药物选择性提供了重要界面科学依据。

　　

在癌症治疗领域，阿霉素（DOX）作为广泛使用的蒽环类抗生素化疗药物，其治疗效果和选择性受到与细胞膜相互作用的显著影响。然而，由于肿瘤细胞与健康细胞在膜组成上存在显著差异，这种差异如何影响DOX的膜相互作用机制尚不明确。传统的简化脂质模型无法完全模拟真实生物膜的复杂性，导致对药物-膜相互作用的认知存在局限。为了解决这一问题，来自西班牙格拉纳达大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》上发表了一项创新性研究，他们首次利用从MCF-7乳腺癌细胞和人类真皮成纤维细胞（FB）中分离的真实细胞膜构建Langmuir膜模型，系统研究了DOX与这两种膜的相互作用差异。

研究人员采用多技术联用的方法开展研究：通过Langmuir槽技术制备细胞膜薄膜并记录表面压力-面积（π-A）等温线；利用压缩-扩张循环评估膜稳定性并计算滞后能（ΔG_hyst）；采用布鲁斯特角显微镜（MicroBAM）进行原位形态学观察；运用原子力显微镜（AFM）对Langmuir-Blodgett转移的膜进行纳米级形貌表征；通过时间演化实验监测DOX注入后表面压力变化。研究所用MCF-7细胞系来源于美国典型培养物保藏中心（ATCC），FB细胞系购自ThermoFisher Scientific。

研究结果首先揭示了两种细胞膜薄膜的固有特性。表面压力-面积等温线显示，MCF-7膜薄膜在界面呈现更扩张的状态，其分子面积显著大于FB膜薄膜，这表明肿瘤细胞膜组分具有不同的界面行为。压缩弹性模量（C^-1）分析表明，两种薄膜在整个压缩范围内均保持液态扩张（LE）状态，体现了生物膜的特性。MCF-7薄膜在第一次压缩循环中表现出更大的滞后能（-0.68 mJ/mg），表明其具有更显著的分子重排和能量耗散。

在形态学特征方面，MicroBAM图像显示在低表面压力（5 mN/m）下，两种薄膜均呈现颗粒状图案，但MCF-7薄膜的簇团更大更明显。AFM图像进一步证实，FB薄膜表面相对平滑，而MCF-7薄膜则呈现更粗糙和不规则的形貌，具有更明显的异质微域，这反映了肿瘤细胞膜蛋白质过表达导致的组成复杂性。

当引入DOX后，研究发现了两者相互作用的显著差异。在压缩-扩张循环中，DOX的存在使两种薄膜的等温线均向更大分子面积方向移动，但行为模式不同。对于FB薄膜，DOX引起表面压缩模量（C^-1）在中等压力下出现尖锐峰值（46.7 mN/m），表明药物插入引起了明显的膜刚性变化。而对于MCF-7薄膜，C^-1在整个压缩范围内均略低于无DOX情况，表明DOX对肿瘤细胞膜产生了持续的流体化效应。

形态学分析提供了更深入的机制解释。AFM图像显示，DOX引起两种薄膜均发生聚集现象，但特征不同：FB薄膜形成较高但较薄的聚集体（高达28 nm），而MCF-7薄膜产生较矮但较宽的聚集体（高达20 nm）。这种差异反映了DOX与两种膜的不同相互作用模式——与MCF-7膜主要通过静电作用，而与FB膜则更多通过疏水相互作用。

时间演化实验进一步证实了这一机制。当在预压缩至30 mN/m的薄膜下注入DOX时，FB膜显示表面压力快速上升（2.8 mN/m），表明药物迅速穿透膜结构；而MCF-7膜仅出现微弱且缓慢的压力增加（0.8 mN/m），表明药物难以穿透紧密堆积的肿瘤细胞膜组件。

研究结论表明，MCF-7肿瘤细胞膜因富含负电荷脂质（如磷脂酰丝氨酸和糖鞘脂），主要通过强静电相互作用与带正电荷的DOX分子结合，导致药物在膜表面聚集而非深入插入，这可能影响药物的细胞内化和疗效。相反，FB健康细胞膜因静电作用较弱，允许DOX通过疏水相互作用插入膜疏水区域，这种差异化相互作用为理解DOX的选择性毒性提供了重要机制解释。

该研究的重要意义在于首次建立了基于真实细胞膜的Langmuir模型系统，克服了传统简化脂质模型的局限性，为研究药物-膜相互作用提供了更接近生理条件的实验平台。研究发现的不同相互作用机制不仅深化了对DOX作用机制的理解，也为设计更具选择性的抗癌药物提供了新思路——通过调控药物分子的亲疏水性质和电荷分布，可能实现更好的肿瘤靶向性并减少对健康细胞的副作用。此外，研究所建立的多技术联用方法为未来研究其他药物与细胞膜的相互作用提供了可靠的技术路线。