生物膜的流动性对细胞的物质运输、信号传导及膜融合等生理过程至关重要。DSPE-PEG-COS(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-壳寡糖)作为一种两亲性聚合物,其独特结构使其与生物膜相互作用时,对膜流动性产生影响。
DSPE 部分的两条饱和硬脂酸长链具有较强疏水性,可嵌入生物膜的脂质双分子层。由于其链长及饱和性,会增加膜内分子间的范德华力,使膜分子排列更为紧密,理论上倾向于降低膜流动性。例如,在模拟生物膜体系中,单独的 DSPE 形成的脂质体膜,相较于含不饱和脂肪酸磷脂的膜,流动性明显更低。
图为:DSPE-PEG-COS结构式
PEG 链的引入则起到相反作用。PEG 具有良好亲水性和柔顺性,其伸展于膜表面形成水化层,产生空间位阻。一方面,阻碍膜内脂质分子间的紧密堆积,增加分子运动自由度;另一方面,减少膜与周围环境中其他分子的相互作用,削弱对膜流动性的限制。研究表明,当 PEG 链段长度增加时,生物膜对小分子的通透性提高,间接反映出膜流动性增强。
壳寡糖(COS)部分因含有多个羟基及质子化氨基,能与生物膜表面的磷脂头部及膜蛋白发生多种相互作用。质子化氨基与带负电的磷脂头部静电吸引,可改变膜局部电荷分布,影响脂质分子排列;而羟基通过氢键与膜成分相互作用,也会干扰膜内分子间作用力。当 COS 含量较低时,可能通过局部微调膜分子排列,适度增加膜流动性;但含量过高时,可能因过度交联膜成分,导致膜变硬,流动性下降。
图为:壳寡糖结构式
此外,DSPE-PEG-COS 在生物膜上的浓度及分布也影响其作用效果。低浓度时,以单分子形式分散于膜中,主要通过 PEG 链和 COS 的作用改善流动性;高浓度下,可能形成聚集体,其对膜流动性的影响更为复杂,可能因聚集体大小、形状及与膜结合方式不同,既有可能局部破坏膜结构增加流动性,也可能促使膜成分聚集而降低流动性。
DSPE-PEG-COS 通过 DSPE、PEG 及 COS 各部分与生物膜的综合作用,从改变膜内分子间作用力、空间位阻及电荷分布等多方面,动态调控生物膜流动性,为其在药物递送、细胞融合等生物医学领域的应用提供理论基础。