简介
脂质纳米颗粒与生物膜是药物递送和生物医学工程的关键材料。脂质作为细胞膜的结构基础，参与胞吞作用、有丝分裂和膜转运等重要细胞过程。研究脂质膜动力学及其与蛋白质、RNA的相互作用，对开发新型药物递送系统至关重要。这类纳米级结构能高效包封并递送治疗剂，成为新型药物开发的核心技术。
BIOVIA Materials Studio（MS）提供完整的复杂系统建模工具，其分子动力学方法可预测脂质基系统在不同生物环境中的行为性能。特别是粗粒化（CG）模拟技术，能在合理计算成本下研究大尺度系统，其准确性优于全原子模拟和实验室实验——后者耗时且昂贵。
本研究集成Martini 3力场至MS平台，该力场以脂质模拟精度著称。Martini 3升级版优化了脂质模拟参数，支持磷脂双分子层、脂质体和纳米颗粒的精确建模。通过复现文献中1,2-二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）自组装形成双分子层的模拟实验，验证了MS平台的模拟可靠性——该过程在生理温度下自然发生，可作为评估模拟精度的基准。
大规模脂质系统构建
MS平台通过粗粒化工具实现全原子分子向粗粒化模型的转换（图1），并自动生成对应的Martini 3力场参数文件。借助介观结构构建工具（图2），研究人员可创建随机混合体系（如图3的DPPC-水体系）或预定义形状结构（如图4的DOPE/DOPC脂质体和DPPC膜）。典型建模流程包括：定义模拟盒子、设置片层形状、指定各区域分子类型及浓度。
系统平衡与模拟
完成建模后需经历四步模拟阶段：
- 固定运动组几何优化
- 自由几何优化
- NVT系综短时动态运行（1000 ps，0.1fs步长）
- 逐步增大步长至30fs的NPT系综主模拟
表1汇总了四组实验系统参数，其中预构建膜（系统I）和脂质体（系统III）用于结构稳定性测试，随机混合系统（系统II和IV）则验证自组装能力。模拟结果显示：
- DPPC随机混合体系经300ns模拟形成稳定双分子层，厚度与文献值一致（图5）
- 预构建脂质体经1000ns模拟保持结构完整（图6）
- DOPE/DOPC混合体系在1000ns内实现从随机聚集到完整脂质体的自组装（图7）
结论
研究证实BIOVIA Materials Studio与Martini 3力场的结合能高效模拟脂质纳米颗粒与生物膜。通过处理复杂大尺度系统，研究团队成功验证了膜厚度测量、脂质体稳定性评估和自组装过程模拟的有效性。未来计划扩展脂质库以开发更复杂的纳米颗粒配方，提升药物递送效率。该技术为脂质基药物递送系统研究提供了强大工具，推动mRNA疫苗等创新疗法的开发。
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