Baimanov Didar副教授团队在Nature Protocols发表方法学论文：建立纳米材料软/硬蛋白冠动态解析与受体发现标准化方案

 近日，华南理工大学生物科学与工程学院Baimanov Didar副教授联合北京大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所等团队，在国际权威方法学期刊Nature Protocols发表题为“Receptor discovery for nanomaterial soft and hard coronas via a biosensor-based Fishing strategy”的方法学论文。该研究建立了一套普适性强、标准化程度高的实验体系，可用于纳米材料蛋白冠的原位分析及细胞膜受体发现，为解析纳米材料在复杂生理环境中的生物识别机制提供了系统性方法。华南理工大学生物科学与工程学院Baimanov Didar副教授为第一作者，北京大学王静研究员为共同第一作者，中国科学院高能物理研究所王黎明研究员与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈春英院士为通讯作者。

 现代纳米医学面临一个关键的转化障碍：纳米材料进入血液或组织间液后，其表面会迅速吸附蛋白质等生物分子，形成“蛋白冠”。这层内源性“生物外衣”会赋予纳米材料全新的生物学身份，进而显著影响其体内分布、清除、细胞摄取途径、免疫识别特性及靶向效率。例如，聚乙二醇化（PEGylation）虽广泛用于延长纳米药物循环时间，但反复给药可诱导抗PEG抗体的产生，引发加速血液清除效应；同时，主动靶向配体（如抗体、多肽等）也可能因蛋白冠的遮蔽而削弱其靶向识别能力。因此，解析蛋白冠如何调控纳米材料与细胞受体的相互作用，是推动纳米药物临床转化的核心科学问题之一。

 解析这一问题的关键难点在于，蛋白冠具有动态分层结构，通常由结合紧密、相对稳定的“硬冠”与结合较弱、交换速率高的“软冠”组成。传统分离手段如超速离心、尺寸排阻色谱等，在操作过程中易引入剪切力、机械挤压或缓冲液环境变化，导致软冠组分脱落，造成关键信息丢失。针对这一挑战，团队前期基于生物膜层干涉技术发展了名为“Fishing”的原位分析策略。该无标记生物传感平台可在近生理条件下实时监测蛋白冠的形成过程，并通过精细调控洗脱强度，实现软冠和硬冠的原位逐层分离与鉴定，从而有效保留瞬时生物界面的动态信息。相关成果发表于Nat. Commun. 13, 5389 (2022)。

 在前期工作基础上，此次发表于Nature Protocols的文章将该策略进一步发展为系统化、标准化的方法学操作框架。该方案整合了生物膜层干涉、表面等离子体共振和高分辨定量蛋白质组学，并针对不同纳米材料的理化性质，建立了三类界面锚定策略：物理吸附用于保留材料原始表面状态，共价偶联用于增强复杂生物流体环境中的稳定性，生物亲和固定用于实现特异性和定向化的表面连接。在此基础上，实验流程被规范为六个标准化步骤：包括传感器功能化、蛋白冠实时动态监测、软/硬冠分层分离、高分辨质谱鉴定、动力学参数拟合及候选受体验证，从而实现从纳米材料表面蛋白冠组成分析到细胞识别功能解析的完整闭环。

图1. 纳米材料蛋白冠分析与细胞膜受体识别的方法概述

 该平台的一个重要特色在于支持“双向”研究策略。一方面，可将纳米材料表面的蛋白冠作为“诱饵”，从细胞膜蛋白中“Fishing”参与蛋白冠识别的未知受体；另一方面，也可以反向固定已知受体，从复杂血浆中追踪其识别的关键蛋白组分。利用该策略，团队此前在脂质纳米颗粒体系中成功鉴定出髓系细胞表面受体CSF2RB，揭示其参与脂质纳米颗粒-血浆蛋白复合物的识别与摄取，从而阐明一条纳米药物被免疫细胞快速清除的分子路径。相关成果发表于J. Am. Chem. Soc. 147 (9), 7604–7616 (2025)。

 该标准化方法学体系不仅可用于回答“蛋白冠由哪些蛋白组成”，更重要的是能够进一步解析“蛋白冠如何介导细胞识别”。该方法为纳米-生物界面研究提供了一套可重复、可扩展的实验工具，也可为新一代纳米药物的理性设计提供方法学支持，有助于优化纳米药物的靶向性、免疫相容性及体内药代动力学行为和治疗效果。

 上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、北京市自然科学基金、新基石科学基金等项目支持。