病毒衣壳是自然界中一种精巧的纳米级结构，它们保护着病毒的遗传物质。科学家们一直在探索如何模仿这种结构，以开发新型材料和药物。最近，华东师范大学的贺小华教授团队在这一领域取得了重要进展。他们通过一种特殊的多肽——聚（β-苯乙基-L-天冬氨酸）（PPLA）同源多肽的自组装，成功制备出了类似病毒衣壳的纳米壳层（CLNs）。这一发现不仅丰富了我们对病毒衣壳结构的理解，也为未来的生物医学应用提供了新的可能性。
近年来，病毒衣壳纳米材料因其独特的结构和在材料科学及医学领域的潜在应用而备受关注。病毒衣壳是病毒的保护性蛋白外壳，通常在纳米尺度上保护病毒基因组。深入理解病毒衣壳的结构和组装机制对于发展抗病毒疗法，如病毒组装干扰和病毒样颗粒（VLP）疫苗疗法，具有重要意义。然而，病毒衣壳的组装路径仍不完全清楚，实验上捕捉中间体是一个挑战。
图1 PPLA20自组装形成CLNs的过程 （PPLA的聚合度为20）
为了探索这一个过程，贺小华教授团队通过聚（β-苯乙基-L-天冬氨酸）同源多肽（PPLA）的水溶液自组装，成功制备了生物模拟病毒衣壳类纳米壳层（CLNs）。研究发现，CLNs的形成遵循一种聚集-融合机制（图1）。最初，PPLA分子自组装成小球状组装体作为亚基(SSA)，通过一些亚基的融合形成初始核心(OSM)。随后，更多的亚基迅速融合到这些核心上，导致在生长阶段形成完整或部分的CLNs。此外，通过基于初始PPLA浓度与含水量的形态相图，明确了有利于CLNs形成的适宜条件（图2）。分子水平的测量表明，PPLA的分子柔韧性是亚基排列和融合形成CLNs的关键因素（图3）。这些发现为深入理解由合成聚合物衍生的病毒衣壳类纳米壳层的形成路径提供了新的视角。
图2 PPLA20组装体的形态相图，揭示了不同水含量和PPLA浓度下的组装行为
图3 通过FT-IR光谱分析，展示了PPLA分子与水分子相互作用的直接证据
本研究工作不仅成功制备了CLNs，还阐明了其组装路径机制。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）分析，揭示了CLNs的形成是一个通过聚集-融合机制的层次自组装过程。适当的组装条件，包括多肽初始浓度和添加的水分含量，是必要的，这一点通过基于PPLA20初始浓度与添加水分含量的形态相图得到了验证。此外，PPLA的分子柔韧性在亚基的排列和融合过程中起着重要作用。结合CD、WAXS和FT-IR数据，进一步揭示了SSA的融合原因。基于PPLA的病毒衣壳类自组装研究为理解病毒衣壳组装路径提供了新的视角，并为生物模拟纳米材料的开发展示了广阔的前景。
论文信息
Biomimetic Capsid-Like Nanoshells Self-Assembled from Homopolypeptides
Shuo Qi, Xiaohua He
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202401990
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Chemistry – A European Journal
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