溶液小角散射（SAS）實(shí)驗方法是表征溶液體系多尺度時(shí)空結構的研究利器，在軟物質(zhì)研究領(lǐng)域已得到廣泛應用。溶液小角散射可以在納米到微米空間尺度以及毫秒時(shí)間分辨對溶液軟物質(zhì)微觀(guān)結構進(jìn)行表征。近年來(lái)， SAS 在多個(gè)研究領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，特別是在結構生物學(xué)和藥物研發(fā)等領(lǐng)域。微納尺度結構與研究對象的宏觀(guān)性能密切相關(guān)，利用同步輻射X-射線(xiàn)小角散射 (SAXS) 高通量、快速時(shí)間分辨以及中子小角散射 （SANS）無(wú)損、深穿透性的特點(diǎn)，可以在不同環(huán)境變量下系統研究軟物質(zhì)體系的納米結構及演變過(guò)程（例如,探索自組裝體系的動(dòng)力學(xué)過(guò)程）。

李娜博士是位于上海光源的生物小角X-射線(xiàn)散射實(shí)驗站BL19U2線(xiàn)站科學(xué)家和線(xiàn)站負責人，專(zhuān)注于溶液散射方法學(xué)以及應用體系探索（例如，藥物研發(fā))。

李娜博士是位于上海光源(SSRF)的生物小角X-射線(xiàn)散射(BioSAXS)BL19U2光束線(xiàn)站負責人。李娜博士及其團隊成員在過(guò)去5年對BL19U2光束線(xiàn)進(jìn)行了全面升級，來(lái)應對藥物研發(fā)的新挑戰。他們針對藥物研發(fā)在微觀(guān)結構表征方面的技術(shù)需求，對BioSAXS線(xiàn)站的光學(xué)系統、原位樣品檢測裝置以及散射數據采集系統進(jìn)行了升級。同時(shí)，李娜致力于探索SAXS實(shí)驗方法在藥物研發(fā)中的潛在應用，特別是在配方篩選和藥物載體組裝結構動(dòng)力學(xué)方面的應用潛能。"未來(lái)的藥物研發(fā)將更多地依賴(lài)于對結構變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程的認知，同步輻射裝置和DECTRIS PILATUS3 X與EIGER2X探測器的結合大大提升了散射數據采集速度，這使得SAXS實(shí)驗方法可以充分發(fā)揮其高通量篩選以及快速時(shí)間分辨的技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)而縮短藥物從研發(fā)到上市的時(shí)間進(jìn)程，助力新藥研發(fā)以及生命健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展性”"，李娜博士說(shuō)道。

上海光源BioSAXS 光束線(xiàn)站內景。線(xiàn)站使用 PILATUS3 X 300K 探測器進(jìn)行廣角 X- 射線(xiàn)散射數據采集。

使用 PILATUS3 X 2M 探測器進(jìn)行小角 X- 射線(xiàn)散射數據采集。

借助 DECTRIS 獎的贊助，李娜博士將參加年內在巴西舉行的 SAS2022 會(huì )議，她將在會(huì )上展示她們團隊采用溶液散射方法在抗腫瘤多肽藥物研發(fā)以及mRNA遞送系統脂質(zhì)納米顆粒 (LNPs) 結構表征方面的工作成果。

獲獎作品介紹

黑色素瘤是一種侵襲性很高的惡性腫瘤?？紤]到這種侵襲性癌癥對傳統化療藥物的耐藥性，迫切需要有針對性地開(kāi)發(fā)黑色素瘤治療靶向藥物。相較傳統的小分子靶向藥，生物靶向藥具有毒副作用小、藥效高的特性。多肽類(lèi)藥物就是生物靶向藥的一種。VDAC1-HK-Ⅱ復合物可以誘導線(xiàn)粒體介導的細胞凋亡，是抗腫瘤療法的新型靶點(diǎn)。然而，由于 VDAC1 蛋白 N 端 12 聚體多肽片段的抗腫瘤活性肽片段 pVDAC具有凈電荷低、疏水性差的特性，直接降低了這段活性肽片段的胞內轉運效率，影響其發(fā)揮抗腫瘤藥效?！岸嚯乃幬锏慕Y構穩定性差、藥物代謝半衰期較短、不容易透過(guò)細胞膜，因此 在多肽藥物研發(fā)過(guò)程中，對藥物結構進(jìn)行兩親化合物的物理化學(xué)修飾，通過(guò)自組裝過(guò)提升其結構穩定性和跨膜效率是非常有應用前景的?！?李娜博士說(shuō)。

為此，李娜博士與上海師范大學(xué)鄒愛(ài)華教授團隊合作，提出了幾種多肽藥物的自組裝設計方案（例如，構建新型多嵌段VDAC1衍生的陽(yáng)離子兩親性多肽），并結合細胞生物學(xué)實(shí)驗，成功篩選出了具有較高抗黑色素瘤活性的兩親性多肽。具體而言，多肽的自組裝過(guò)程是由分子之間的各種弱相互作用驅動(dòng)的，包括氫鍵、靜電、疏水作用、π-π鍵、以及范德華力相互作用?；趦捎H性化合物，通過(guò)調控反應條件，可以形成各種類(lèi)型的納米結構（例如，納米囊泡、納米纖維和納米管等）。結構決定功能，不同的組裝結構會(huì )產(chǎn)生不同的生物學(xué)活性與功能。因此，多肽藥物結構的合理設計對于推進(jìn)抗腫瘤生物藥的發(fā)展非常重要。同步輻射 BioSAXS 具有高通量、快速篩選的能力,是研究表征多肽自組裝過(guò)程微觀(guān)結構的強大工具。李娜博士和她的合作者共同構建了一個(gè)理論模型，用于擬合多肽聚合物的實(shí)驗散射數據，擬合結果與冷凍透射電子顯微鏡（Cryo-TEM）的結果非常一致，驗證了散射實(shí)驗方法的可行性。該模型為多肽藥物配方篩選和結構表征提供有效的技術(shù)支持。

圖. 線(xiàn)粒體VDAC1衍生物——兩親性多肽抗腫瘤作用模式圖。兩親性修飾可以顯著(zhù)提升VDAC1蛋白的跨膜轉運效率。在細胞質(zhì)內，Pal-pFL-pVDAC-TAT多肽可以靶向線(xiàn)粒體膜，與線(xiàn)粒體外膜的HK-Ⅱ蛋白相互作用。VDAC1-HK-Ⅱ復合體可以破壞線(xiàn)粒體膜，導致膜電位降低、細胞色素c釋放，Bax、cleaved caspase 3和cleaved caspase 9蛋白表達水平升高，最終導致細胞凋亡。Pal-pVDAC-TAT和pFL-pVDAC-TAT肽的作用模型與Pal-pFL-pVDAC-TAT肽相同。

本工作中使用的 PILATUS3 X 2M 探測器獲得了來(lái)自上海大科學(xué)中心研發(fā)項目 (Y92G031222) 的支持。獲獎作品已發(fā)表在 ACS Appl. Mater. Interfaces期刊。更多信息請查閱參考文獻。

參考文獻

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