工程微粒模拟生物结构以追踪蛋白质降解

FAMU-FSU工程学院的研究人员创造了一种研究免疫细胞内蛋白质降解的新方法，该方法使用工程微粒比传统方法更有效地跟踪和分析降解过程

这项工作发表在《ACS应用材料与界面》上，对治疗癌症、阿尔茨海默病和自身免疫性疾病等疾病具有重要意义

化学与生物医学工程系教授、该论文的合著者关景教说：“关于细胞如何摄取和消除组织碎片或病原体——吞噬过程，我们仍然有很多不知道的地方。”。“通过这项研究，我们希望提供一种新的工具来帮助科学家更好地理解这一过程。”

这项研究的重点是了解蛋白质和肽如何在吞噬体内降解，吞噬体是免疫细胞内负责分解被吞噬的外来颗粒或死细胞的特殊隔室。尽管吞噬体在许多免疫反应中起着至关重要的作用，但蛋白质和肽在其中降解的确切机制尚不清楚

关的实验室开创的方法使用带有荧光标记的工程颗粒，使研究人员能够观察它们的分解和形成吞噬体衍生的囊泡或PDV。这种方法提供了免疫细胞如何处理蛋白质和肽的实时视图，为免疫系统功能和功能障碍提供了有价值的见解

它是如何工作的

科学家们传统上通过使用涂有蛋白质或肽的微小塑料和二氧化硅珠来研究吞噬作用

尽管这些基于珠子的方法很有用，但它们有一些局限性。每个珠子上只能有一层蛋白质或肽，珠子本身除了作为蛋白质的表面外，没有什么作用

关的实验室开发的主要创新是开发模仿自然生物结构的微粒

这些工程颗粒可以将一种或多种蛋白质或肽与其他材料结合到一个明确的分层结构中，使其在模拟现实生活中颗粒的复杂组成和结构方面特别有价值

该团队使用先进的微细加工技术将蛋白质和肽与聚合物聚（N-异丙基丙烯酰胺）或PNIPAM结合在微粒中。这种聚合物具有独特的响应特性，使其成为在不同条件下（如温度）跟踪和控制微粒活性的理想工具

关的方法使微粒能够被免疫细胞吞噬和处理，为研究细胞降解机制提供了一个独特的模型

这项研究对医学领域具有重要意义，特别是在了解癌症、脊髓损伤和阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病中的免疫系统行为方面。通过展示一种分析免疫细胞内蛋白质降解的新方法，关的研究为深入探索免疫反应和潜在的治疗策略铺平了道路

关说：“了解蛋白质在细胞内进行吞噬作用时的去向和降解程度是理解这一过程的关键。”

这项研究最有前景的方面之一是它对阿尔茨海默病的潜在应用。该团队的下一阶段涉及使用他们的工程微粒研究淀粉样β肽（一种与阿尔茨海默氏症相关的蛋白质）的降解。这可以为疾病的进展提供新的见解，并确定治疗干预的目标

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跨学科合作和未来应用

FAMU-FSU工程学院的研究人员与FSU医学院合作进行了这项研究

医学院教授、论文合著者易任表示：“与关博士的合作是一个连接工程和医学的令人兴奋的机会。”。“这种研究免疫细胞行为的创新方法是在更深层次上理解疾病机制的重要一步。”关和他的团队正在申请资助，以进一步研究和扩大微粒在免疫系统相关疾病中的应用研究

这些颗粒可以与任何可以纯化并溶解在水中的蛋白质或肽一起使用，使其成为研究各种生物材料的有用工具。目前还没有一项全面的研究比较不同类型的免疫细胞如何分解吞噬体内的各种蛋白质和肽，而这种工程微粒现在可以做到这一点

通过改进他们的技术并探索其他应用，研究人员希望为开发更多免疫和神经退行性疾病的治疗方法做出贡献

论文合著者、博士生福田正弘说：“与关博士一起工作是一次非常有益的经历。”。“我们的研究提供了新的见解，有可能改变我们理解和治疗各种疾病的方式。”