研究人员开发出能够自然追踪凝集素-聚糖相互作用的磁性脂质体，提高了诊断和药物发现的灵敏度。图片来源：东京科学大学
聚多巴胺包覆的磁性脂质体为运动中的凝集素-聚糖相互作用提供了洞察。通过观察交变磁场下磁性纳米粒子旋转运动的微小变化，该技术揭示了结合模式，包括在自然和生理条件下强烈的多价结合事件。
发表在《ACS应用材料与界面》期刊上的一项研究强调了结构-性能关系在设计基于磁性脂质体的生物识别系统中的作用。这种方法可能会加速诊断、糖科学和药物发现领域的创新。
敏感生物传感的日益增长需求
疾病快速早期检测的迫切需求已加强了对生物分子的识别努力，这些生物分子在症状出现前很久就充当感染信号。对敏感生物传感工具的搜索已加强。基于磁性纳米粒子的方法已成为有前途的候选者，但大多数工具仍然依赖于表面生物分子。这可能会扭曲它们的自然行为，特别是对于聚糖（糖分子）和凝集素（蛋白质分子）之间的相互作用。
为了更好地理解这些相互作用，由日本东京科学大学（Science Tokyo）医学与牙科学院口腔设备与材料系副教授小贯京平（Kyohei Okubo）、材料与化学技术学院材料科学与工程系的北本良隆（Yoshitaka Kitamoto）教授、材料与化学技术学院化学科学与工程系的田中克典（Katsunori Tanaka）教授以及来自日本理化学研究所先驱研究中心的张宗哲（Tsung-Che Chang）博士领导的研究团队，开发了一种使用聚多巴胺包覆磁脂质体（PDA-MLs）的新型磁性生物传感技术。
新技术的工作原理
小贯京平表示："能够在液相中监测凝集素-聚糖结合，使我们更清晰地了解这些相互作用在生物现实中的发生方式，并帮助我们测量以前很难观察到的相互作用。"
该技术聚焦于PDA-MLs，它们是含有超顺磁性氧化铁纳米粒子的小而稳定的脂质球体。外层聚多巴胺提供的强附着力使聚糖能够在自然、灵活的环境中呈现，而不像那些附着在表面上并具有刚性约束的表面生物分子。为了与聚多巴胺涂层建立附着，研究人员采用了两种类型的聚糖分子——α(2,6)-唾液酸化的（Sia-N-糖蛋白）和半乳糖基化的（Gal-N-糖蛋白）。
焦点集中在布朗弛豫上，这是交变磁场中磁性纳米粒子的摇摆和重新定向。在凝集素-聚糖相互作用过程中，当凝集素与聚多巴胺涂层上的聚糖结合时，这种相互作用会改变粒子的旋转运动，特别是通过PDA-MLs的簇形成来放大这种变化。通过测量这些变化，可以直接在溶液中检测结合事件，无需固定化或光学标记。
对诊断的潜在影响
解释研究的一个亮点，小贯京平说："这种技术特别有趣的是对多价相互作用的高度敏感性。这些多价结合监管许多生物过程，特别是在感染期间，当病原体以多个结合位点附着到宿主细胞上时。PDA-ML系统为多价结合产生强磁信号，这有助于我们区分不同信号并更好地理解它们。"
通过将磁响应性与聚多巴胺的粘附特性相结合，PDA-ML系统是一种高灵敏度且相对易于使用的技术，在医学诊断领域具有潜在应用。它可能有助于病原体或生物标志物检测，为筛选不利结合事件提供了一个方便的平台，推动感染抑制剂的研究。
该技术为诊断和药物发现的进步奠定了基础，使研究调控许多生物过程的机制变得更加容易。
更多信息： Adira N. Ryofi等，通过布朗弛豫进行凝集素-聚糖相互作用分析的聚多巴胺功能化磁脂质体作为磁探针，《ACS应用材料与界面》(2025)。DOI: 10.1021/acsami.5c12462
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