Cube Biotech-文献解读-纳米盘SMALP制备巨型单层囊泡（Giant Unilamellar Vesicles, GUVs）的新策略

细胞膜蛋白在细胞生物学和药物发现中起着至关重要的作用。这些蛋白涉及多种生理功能，如运输、信号传导、细胞内通讯和催化。由于它们在基本细胞过程中的核心角色，细胞膜蛋白成为有吸引力的药物靶点，60%的FDA批准的药物靶标都是细胞膜蛋白。然而，研究这些蛋白质在复杂的细胞膜环境中的功能仍然是一个挑战。为了更准确地模拟细胞环境，研究人员开发了多种实验系统，包括巨型单层囊泡（GUVs）。GUVs由于其细胞大小的尺寸和内部水相与外部环境的分离，为研究细胞膜蛋白提供了接近细胞的条件。

然而，传统上制备GUVs的方法，如电形成法和融合预成GUVs的方法，往往需要使用去污剂，这可能对脆弱的蛋白质造成损害。为了克服这一挑战，研究人员探索了利用苯乙烯马来酸共聚物（SMA）形成的脂质纳米盘（SMALPs）来制备GUVs的新策略。SMALPs能够在不使用去污剂的情况下稳定脂质双层，从而保留膜蛋白的天然脂质环境。

《Lipid vesicle formation by encapsulation of SMALPs in surfactant-stabilised droplets》开发了一种创新方法，通过表面活性剂稳定液滴作为模板，将SMALPs封装在其中，进而形成GUVs。这种方法避免了使用去污剂，有望减少对膜蛋白的损害。

此示意图展示了从苯乙烯马来酸脂质纳米盘（Styrene Maleic Acid Lipid Particles, SMALPs）形成脂质囊泡（Vesicles）的整体过程。

研究方法

在本研究中，研究者开发了一种利用表面活性剂稳定液滴作为模板，从SMALPs制备GUVs的新方法。为了追踪SMALPs与液滴界面上的表面活性剂之间的相互作用，作者们合成了一种新型荧光SMA变体（FSMA），将荧光素与SMA偶联。以下是实验方法的主要步骤：

FSMA的合成与表征：

将SMA与荧光素偶联，制备FSMA。

使用FTIR对FSMA进行表征，确认荧光素的成功偶联。

比较FSMA与SMA在形成纳米盘时的效率，发现FSMA在较低浓度下与SMA表现相似，但在较高浓度下效率下降。

Krytox与FSMA/SMA的相互作用：

通过将FSMA/SMA溶液置于含有Krytox表面活性剂的油相上，评估其相互作用。发现Krytox浓度增加时，FSMA/SMA在油相中的存在量增加，表明Krytox与FSMA/SMA之间存在直接相互作用。

通过荧光显微镜观察FSMA和FSMALPs在含有不同表面活性剂混合物液滴中的分布，进一步确认Krytox诱导FSMA在液滴界面上的积累。

GUV的形成与释放：

使用不同脂质组合、pH值、SMA浓度和表面活性剂混合物的SMALPs制备液滴。

通过添加脱乳剂（如PFO）释放GUVs，并使用荧光显微镜评估释放效率。

发现中性SMALPs在所有条件下均能形成GUVs，但释放效率受SMA浓度、Krytox浓度和pH值影响显著。

GUV的结构与完整性评估：

使用负染色透射电子显微镜（TEM）和冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）观察GUVs的形态和双层结构。

发现通过SMALPs形成的GUVs与电形成法得到的GUVs形态相似，但双层结构较为粗糙，存在孔隙。

使用荧光素渗漏实验评估GUVs的完整性，发现小分子荧光素能迅速渗漏进入GUVs内部，但大分子荧光素-葡聚糖渗漏较慢。

减少GUV渗漏的策略：

尝试通过透析、离心浓缩器和polyhunter beads去除游离SMA，但未能显著改善GUV的渗漏问题。

通过添加CaCl2或HCl使SMA聚合，虽然导致部分GUVs减少渗漏，但效果短暂。

将SMALPs与大型单层囊泡（LUVs）共挤出，再经离心洗涤去除游离SMA，形成最终GUVs，有效减少渗漏。

在本文中，研究者使用了三种不同的方法来去除SMALPs溶液中的游离SMA，以减少GUV的渗漏问题。其中，使用Cube Biotech生产的polyhunter beads（cat#19103）作为一种去除游离聚合物的策略，被证明是尝试性的一种手段，但并未显著改善GUV的渗漏情况。尽管如此，polyhunter beads在以下几个方面展示了其潜在的价值：

高效去除游离聚合物： Polyhunter beads专为去除溶液中的游离聚合物而设计，具有高效的吸附能力。在本文的实验中，尽管未能完全解决GUV渗漏问题，但该方法为去除SMA提供了一种有效尝试，为进一步优化实验条件提供了思路。

简化实验操作： 相比透析和离心浓缩器等方法，polyhunter beads的使用更为简便快捷。它不需要复杂的设备支持，只需简单的柱层析操作即可实现游离聚合物的去除，有助于提高实验效率。

适用于多种应用场景： Polyhunter beads不仅限于本文所描述的去除SMA的应用，还可广泛应用于生物制剂纯化、药物研发等领域，特别是在需要高效去除溶液中游离成分的场景中展现出其独特优势。

促进科学研究与工业应用： 随着生物技术和制药工业的发展，对高效、稳定的生物制剂和药物递送系统的需求日益增加。Polyhunter beads作为一种先进的纯化工具，有助于促进相关领域的科学研究与工业应用，推动技术创新与发展。

备注：琼脂糖珠，Cube Biotech还可以提供PolyHunter MagBeads磁珠

本文成功展示了利用SMALPs在表面活性剂稳定液滴中组装形成GUVs的可行性，并探讨了影响GUV形成和释放效率的多种因素。尽管通过FSMA的荧光特性揭示了GUV双层结构的粗糙性和孔隙问题，但通过多种策略尝试减少渗漏问题表明，直接从SMALPs形成稳定、完整的GUVs仍面临挑战。Polyhunter beads作为去除游离SMA的一种尝试性手段，展示了其在生物制剂纯化中的潜力，为进一步优化实验条件提供了新的思路。未来研究可探索更多有效的聚合物去除策略或新型纳米盘形成材料，以实现更高效的GUV制备与应用。