学术报告

第一部分：研究的作者信息与发表情况

本文为一篇单一原创研究报告，研究题目为“Regulating the structural polymorphism and protein corona composition of phytantriol-based lipid nanoparticles using choline ionic liquids”，研究发表于《Journal of Colloid and Interface Science》2024年第657期（第841-852页），线上可用日期为2023年12月2日。本研究由Mohamad El Mohamad、Qi Han、Andrew J. Clulow、Cheng Cao、Aneeqa Safdar、Martina Stenzel、Calum J. Drummond、Tamar L. Greaves和Jiali Zhai等学者合作完成。主要作者隶属于澳大利亚RMIT大学、澳大利亚同步加速器组织（ANSTO）以及新南威尔士大学高分子设计中心等研究机构。

第二部分：研究的学术背景

本研究所在的科学领域是胶体与界面科学，以及生物医学工程中的纳米颗粒研究。研究的核心是调控基于Phytantriol（缩写为PHY）的脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles, 简称LNPs）的结构多态性，并研究其在生物体液中形成的蛋白冠层（Protein Corona）的组成。脂质基的双连续立方相（Inverse Bicontinuous Cubic, 简写为Q2相）和反六方相（Inverse Hexagonal, 简写为H2相）由于其纳米级的周期性结构以及与生物大分子的独特相互作用，在药物递送和基因传递领域表现出极大的应用潜力。然而，这些纳米结构在与复杂的生物体液（如血清或血浆）接触时常发生相变或稳定性降低，从而影响其临床应用性能。

近年来，一种新的研究方向是利用生物兼容型离子液体（Ionic Liquids, 简缩写为ILs）调控纳米颗粒的结构。离子液体是一类由阳离子和阴离子组成的溶剂，由于具有可设计性、生物兼容性以及较低毒性，被广泛应用于分子工程和药物递送领域。本研究的目的是利用胆碱基离子液体（Choline-based ILs）探索不同阴离子类型和浓度对Phytantriol纳米颗粒的结构行为的影响，揭示它们在生物体液中的交互规律，以及它们如何影响蛋白冠层的组成。

第三部分：研究方法与流程

总体设计
研究共分为五个主要实验阶段，分别是材料准备和离子液体合成、纳米颗粒制备、结构特性表征、蛋白冠层组成分析以及与人血清的相互作用研究。研究对象为基于PHY的LNPs体系，结合21种胆碱基离子液体，并依据各种阴离子（包括氨基酸衍生阴离子及有机阴离子）的化学性质调控纳米颗粒的结构形式。

1. 材料合成与制备
研究首先合成了21种胆碱基离子液体，主要阳离子均为胆碱阳离子，阴离子包括两大类：①源自氨基酸的9种阴离子（例如谷氨酸盐[Cho][Glu]）；②其他10种有机/无机阴离子（例如己酸盐[Cho][Hex]）。有些IL通过化学中和反应或复分解反应合成之后，使用旋转蒸发器和冷冻干燥器进一步干燥。此外，PHY为脂质体系的核心成分，其基于二维非层状的液晶特性，使其暴露在多种IL溶液中不会受pH变化显著影响，是研究Q2和H2相行为的理想模型物质。

2. 纳米颗粒的制备
通过超声波处理，研究团队将PHY与Pluronic F127稳定剂组成的混合体系，按特定比例分散到不同浓度的胆碱基ILs水溶液中，制成乳白色、纳米尺寸均匀的悬浮液颗粒，最终研究了84种纳米结构体系。

3. 纳米颗粒的表征
小角X射线散射(Small Angle X-ray Scattering, SAXS)是本研究的主要表征工具，用于揭示LNPs的内部相结构（包括Q2、H2相等）。同步辐射设备提供了高分辨率的散射数据。在此过程中，批量高通量SAXS扫描技术显著提升了分析效率。

4. 蛋白冠层组成分析
LNPs与人血清孵育后，研究团队使用液相色谱-质谱联用（LC-MS）和蛋白质组学方法，分析不同体系中彼此伴生的蛋白质种类及其相对丰度指数（EMPAI）。

5. 生物相互作用研究
LNPs体系还与人血清成分如白蛋白、纤维蛋白原单独孵育，以分离研究蛋白质作为单独组分对其结构稳定性和粒子表面亲和性的影响。

第四部分：研究结果

1. 结构调控结果
在未加入IL的情况下，PHY纳米颗粒主要呈现Q2相（Bragg峰值间距比=√2:√3:√4，晶格参数为68.5 Å）。随着IL阴离子浓度的增加，颗粒的晶格参数显著增加，部分体系转换为更平坦的膜曲率，如高达86 Å时形成Pn3m晶型。特别地，疏水氨基酸类阴离子（如苯丙氨酸）驱使颗粒内的双连续相转变更显著。此外，长碳链疏水性离子如[Cho][Geranate]甚至促使结构完全过渡到Im3m相。

2. 与血清的相互作用
在与人血清接触后，所有颗粒逐步由Q2相向H2相转变，但不同IL的阴离子对这一过程的速率具有显著调控作用。例如，含谷氨酸和乳酸的体系延缓了H2相出现，而己酸盐和季戊酰盐则加速了相变过程。

3. 蛋白冠层组成
样品表面吸附的蛋白质主要为白蛋白（Albumin）、载脂蛋白（Apolipoprotein）和转铁蛋白（Serotransferrin），其比率受所加IL类型显著影响。例如，在[Cho][Glu]中，白蛋白指数（EMPAI值）由328提升至525；而[Cho][Geranate]体系中，白蛋白显著减少，但载脂蛋白A1的丰度明显上升。

第五部分：结论与意义

本研究表明胆碱基离子液体能够通过调控膜曲率以及蛋白吸附特性，定向调控PHY基纳米颗粒的结构行为和生物交互属性。这对开发高效的药物递送载体及增加粒子在血液循环中的留存时间具有直接意义。相比于传统的表面修饰策略，ILs展现了极高的调控潜力和灵活性，其应用可扩展至其他纳米药物领域。

第六部分：研究亮点

1. 创新性：这是首次全面系统地探索胆碱基ILs在调控脂质纳米颗粒结构和血清相互作用中的作用，填补了目前文献空白。
2. 技术突破：研究采用了高效率的高通量SAXS表征技术，并结合LC-MS深度分析蛋白冠层组成。
3. 应用潜力：通过IL阴离子的化学设计实现对纳米颗粒分布和血液循环时间的控制，开启了更多个性化、精准药物递送的可能性。

第七部分：其他有价值内容

本研究进一步验证了基于PHY的纳米体系相比于传统单链甘油酯体系在复杂生理环境下的结构稳定性，为LNPs在基因递送、疫苗载体等前沿领域的研究提供了理论依据和实验支持。