确定独立平面磷脂双层膜的弯曲刚度

我们描述了一种方法来确定膜弯曲刚度从电容测量大面积，独立，平面，生物膜。脂质膜的弯曲刚度是一种重要的生物力学特性，通常在囊泡中进行光学测量，但在平面无支撑系统中难以量化。为了实现这一目标，我们同时对由DOPC和DOPG磷脂组成的独立的、毫米面积的平面脂质双层成像并施加电势，以测量膜的杨氏(弹性)模量。然后将双分子层建模为相邻的两层弹性薄膜，从薄膜对电场的机电响应计算弯曲刚度。利用DOPC，我们发现用这种方法测定的弯曲刚度与现有的用中子自旋回波测定囊泡、用原子力谱测定支撑脂质双层和用微管抽吸巨大单层囊泡的工作很好地一致。我们研究了不对称钙浓度对对称DOPC和DOPG膜的影响，并量化了由此产生的弯曲刚度变化。该平台提供了创建控制脂质组成和水离子环境的平面双层的能力，并具有不对称改变两者的能力。我们的目标是利用这种高度的成分和环境控制，以及测量物理性质的能力，在未来研究各种生物过程。

Zabala-Ferrera, O.; Liu, P.; Beltramo, P.J. Determining the Bending Rigidity of Free-Standing Planar Phospholipid Bilayers. Membranes 2023, 13, 129. https://doi.org/10.3390/membranes13020129

新冠疫情爆发后，mRNA相关技术获得了快速突破，多款mRNA新冠疫苗上市并展现出了相较于其他传统疫苗更高的保护率，使其逐渐成为研究宠儿。在mRNA疫苗中，一个核心要素就是构建一个mRNA的递送载体，而目前多通过脂质纳米粒（Lipidnanoparticle，LNP）来达到这一目的。

而LNP之所以可以作为递送mRNA的首要载体，首要原因就是得益于构建LNP时所使用的阳离子磷脂或可电离磷脂。因为在组装过程下，阳离子磷脂或可电离磷脂中带正电的头部基团可以与带负电的RNA磷酸骨干相互作用，通过静电吸附达到包载的目的。那么各种不同的阳离子磷脂其结构上又有什么相似和不同之处呢，今天小编就带大家了解一下。

早在1987年，研究者们就合成出了一种用于体外基因递送的阳离子磷脂DOTMA，用其制成的脂质体递送质粒DNA，包封率可达将近100%。后续大家熟悉的Lipofection体外转染试剂就是在此基础上构建的。图1中即为DOTMA的组成结构，可以看到其主要是由一个阳离子或可电离的头部基团、连接基团及疏水尾部组成。而且我们也可以根据3个组成基团的不同来区分不同的阳离子磷脂衍生物。

图1. 阳离子磷脂DOTMA的化学结构和相关磷脂衍生物的结构组成

首先，不同的疏水尾部结构可以影响磷脂的pKa值、亲脂性、相转变温度等，胆固醇衍生物或碳氢化合物链，甚至生育酚衍生物都可以作为脂类的疏水部分。烃尾一般在8~18个碳单元之间，可具有不同的不饱和度，同时没有对称性的要求。而且在某些配方中加入不饱和脂肪酸作为脂尾可以提高输送效率，这可能是由于它们的转变温度较低以及它们对提高膜流动性的影响。而常用的连接基团包括醚和酯、磷酸盐或膦酸酯连接基团、甘油型基团或多肽。氨基甲酸酯和酰胺也经常被用作连接基团，因为它们都是化学稳定和可生物降解的。酯和醚是化学稳定的可选连接基团。连接基团是可调节的，因为它们足够稳定，具有较高的循环稳定性，但可以在目标位点迅速降解，以促进RNA有效载荷的释放。而最主要的头部基团则可以是季铵盐、胍基、咪唑鎓盐、吡啶盐等结构组成的阳离子磷脂，或是由伯胺和仲胺磷脂、叔胺基磷脂等组成的可电离磷脂，亦或是可由阳离子和阴离子基团共价连接组成的两性离子脂质。

随着研究的不断发展，越来越多的阳离子磷脂或可电离磷脂不断涌现，不断改善其在RNA递送上的各种问题，未来随着mRNA疫苗等相关技术的进一步普及，相信也会有更多的磷脂种类供研究者们选择。

参考文献：

1. Felgner, P. L., et al. Lipofection: a Highly Efficient, Lipid-Mediated DNA-Transfection Procedure. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1987, 84, 7413−7417.

2. Yuebao Zhang., et al. Lipids and Lipid Derivatives for RNA Delivery. Chem. Rev. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00244

3. Mahato, R. I. Water Insoluble and Soluble Lipids for Gene Delivery. Adv. Drug Delivery Rev. 2005, 57, 699−712.

纳米药物制备系统

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