細胞膜在細胞的生理功能中起著至關重要的作用,它是把細胞內(nèi)部與其周圍環(huán)境分開的選擇性屏障。細胞的許多的生命活動都發(fā)生在細胞膜界面處,例如細胞內(nèi)外的物質(zhì)和能量交換、信號轉導、病毒感染和藥物作用靶點等。

其中病毒感染由病毒結合到細胞膜表面跨膜轉運進入細胞后,才能進一步完成后續(xù)的感染過程;藥物作用靶點也多位于細胞膜界面上,具有高度特異性的單克隆抗體藥物的抗原表位全部位于細胞膜表面。了解這些發(fā)生在細胞膜界面上生命過程的生物力學,對闡明細胞膜的基本功能至關重要。

本文綜合應用力示蹤、納米壓痕和單分子力譜三種基于原子力顯微鏡(AFM)的力學測量技術,在生理條件下測定了埃博拉病毒和單克隆抗體藥物西妥昔在生物膜界面處發(fā)生的細胞膜相關生物力學性質(zhì)。主要內(nèi)容如下:1.利用基于AFM的力示蹤技術解析單個埃博拉病毒的跨膜轉運動力學,同時定量測定了單個埃博拉病毒跨膜轉運的力和時間。

我們的結果顯示埃博拉病毒在跨膜轉運過程中出現(xiàn)兩種不同的內(nèi)吞方式,因為埃博拉病毒是一個線狀病毒,這兩種內(nèi)吞方式與病毒接觸細胞膜的角度和在針尖的連接方式相關。第一種情況病毒跨膜轉運所需的時間21~189 pN,平均內(nèi)吞力41.8±1.05 pN,相應的內(nèi)吞時間分布在0.17~2.07 s范圍內(nèi),平均為0.27±0.02 s。

第二種情況下病毒的平均內(nèi)吞力為56.2±1.10 pN,平均內(nèi)吞時間為0.39±0.03 s。2.基于AFM的納米壓痕技術測定抗癌藥物作用前后單細胞機械性質(zhì)的變化。  大量的研究表明癌細胞與正常細胞在機械性質(zhì)上有較大差異。利用基于原子力顯微鏡的納米壓痕我們測定了抗癌藥物西妥昔作用前后單個癌細胞機械性能的變化。  結果顯示藥物作用后癌細胞的楊氏模量為6.22±2.0 kPa,而藥物作用前的對照組為3.42±1.4 kPa。說明藥物作用后單細胞的硬度增加,遷移能力減弱,即藥物達到一定的療效。  3.單克隆抗體抗癌藥物西妥昔與細胞膜表面受體之間相互作用的單分子力測量。表皮生長因子受體(EGFR)是西妥昔在細胞膜表面的作用靶點。  西妥昔與EGFR的結合力大小與表皮生長因子(EGF)與EGFR間的結合力相當,而結合概率大于EGF與EGFR之間的結合概率。說明在細胞膜界面的單分子水平上西妥昔具有較強的競爭結合能力。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司成立于2013年，在2015年，公司獲得江蘇省高新技術企業(yè)認證，擁有自主知識產(chǎn)權30多項，研發(fā)的多款產(chǎn)品被評為高新技術產(chǎn)品，并通過CE、ISO9001、SGS認證。公司的核心研究方向為光、機、電、算一體化的微納米檢測設備、先進的醫(yī)療儀器。飛時曼作為國內(nèi)自主品牌、蘇州飛時曼精密儀器有限公司，其主要產(chǎn)品有：原子力顯微鏡系列（多模式原子力顯微鏡 FM-Nanoview1000AFM、一體式原子力顯微鏡 FM-Nanoview6800AFM、拉曼原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewRa-AFM、光學原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewOp-AFM、教學型原子力顯微鏡 FM-Nanoview T-AFM、教學型掃描隧道顯微鏡 FM-NanoviewT-STM、工業(yè)型原子力顯微鏡 FM-NanoviewLS-AFM、拉曼光譜儀RM5000、拉曼光譜儀RM8000、拉曼光譜儀RM9000）。公司自主研發(fā)的原子力顯微鏡基本都具備輕敲模式，且作為國內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的原子力顯微鏡廠家，只是選配與訂做。