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随着仿生技术在各个领域的不断应用,仿生界面的开发及其在许多领域的应用研究受到广泛的关注,如在化学领域中,通过模拟荷叶构建出一种超疏水的界面;在医学领域,制造出许多可以代替人类器官的仿生设备等。在阿尔兹海默症发病机制的研究中,虽然已有研究表明,通过磷脂构建的仿生细胞膜界面对于淀粉样蛋白原纤维的形成具有一定的作用,但是细胞膜表面的物理因素对于淀粉样蛋白寡聚体在淀粉样蛋白原纤维形成中的影响以及淀粉样蛋白原纤维的形成过程,缺少更进一步的研究;在对肿瘤治疗的研究中,已有许多对于肿瘤治疗效果良好的药物及纳米载药系统被研发出来,但是如何将药物有效递送到肿瘤内部一直是该领域的巨大挑战。已有研究人员通过构建一种3D类肿瘤模型,来快速筛选药物及纳米载药系统,但是,3D类肿瘤模型对阻碍药物渗透的机理以及如何突破肿瘤模型对于药物及纳米载药系统的阻碍作用等问题仍待解决。针对上述挑战,本论文分别从细胞层面和细胞间层面的生物仿生界面出发,主要开展两方面研究工作:1.通过云母表面模拟细胞膜表面带负电荷的物理条件探究其对于淀粉样蛋白寡聚体在淀粉样蛋白原纤维形成中的作用机制以及淀粉样蛋白原纤维对于神经细胞的毒性。具体工作如下:硫代黄素-T(Th T)结合试验探究淀粉样蛋白的形成动力学;通过倒置荧光显微镜(FM)和原子力显微镜(AFM)探究细胞膜仿生界面介导形成的卵清溶菌酶(HEWL)和Aβ(1-40)淀粉样蛋白原纤维的形成过程和机理;通过WST-1实验探究自然形成的淀粉样蛋白与通过细胞膜仿生界面介导形成的淀粉样蛋白分别对神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)的毒性;通过实时活细胞荧光显微镜探究由细胞膜仿生界面介导形成的淀粉样原纤维分别对分散的神经干细胞(NSCs)与神经球的影响。结果表明:无毒的淀粉样蛋白寡聚体在带负电的云母表面迅速发展成淀粉样蛋白原纤维,揭示出一种淀粉样蛋白原纤维的形成途径,在此过程中,Aβ单体在刺激后会形成较大的淀粉样蛋白聚集体,随后被带负电荷的表面捕获和排列,转变为具有神经毒性的淀粉样蛋白原纤维结构。这些原纤维结构在SH-SY5Y和NSCs上均表现出明显的细胞毒性。因此,我们提出化学和物理环境条件之间的相互作用在神经退行性疾病的发展中应起着重要作用。2.通过成纤维细胞(3T3)和肝癌细胞(Hep G2)构建类肿瘤模型,其中由3T3和胶原蛋白构成成纤维细胞胶原蛋白基质(FCM),即肿瘤间质仿生界面。研究其阻碍纳米颗粒渗透的原因以及突破仿生界面的方法。具体工作如下:通过液滴构建类肿瘤模型,通过FM明确3D类肿瘤模型的结构:3T3细胞主要分布在类肿瘤模型的外层区域,内层区域主要是由Hep G2细胞构成;通过Masson三色染色试剂盒探究类肿瘤模型间质层阻碍颗粒渗透的机制,结果表明:3T3细胞所分泌的胶原蛋白对类肿瘤模型的结构起到支撑作用,并且胶原蛋白和3T3细胞组成的肿瘤间质仿生界面是阻碍纳米颗粒渗透的主要原因,对类肿瘤模型起到保护作用,这与肿瘤微环境中的细胞外基质的作用是极其相似的;通过筛选巨噬细胞、表面修饰线粒体靶向分子(triphenylphosphonium cation,TPP)的磁性纳米颗粒(TPP-SPIONs)和磁热疗法(Magnetic hyperthermia,MHT)之间不同组合及实验顺序确定可以突破类肿瘤模型间质层杀死50%肿瘤细胞的实验方案:将TPP-SPIONs与类肿瘤模型共孵育后,将其进行第一次MHT,然后将TPP-SPIONs与RAW细胞共孵育,将其加入到进行MHT后的类肿瘤模型中,孵育24小时,最后进行第二次MHT。其作用机制为:TPP-SPIONs表面所带的正电荷与类肿瘤模型所带的负电荷之间产生静电相互作用,使TPP-SPIONs吸附在类肿瘤模型的表面并渗透到成纤维细胞胶原蛋白基质(FCM)层,在进行MHT后,TPP-SPIONs产生的高温使得FCM层出现裂缝,使载有TPP-SPIONs的RAW细胞通过静电相互作用吸附在类肿瘤模型的表面并进入FCM层。RAW细胞通过对3T3的招募作用使保护层中胶原蛋白被消耗,导致保护层被破坏,最终载有TPP-SPIONs的RAW细胞到达中心区域,再次进行MHT后,高温使得Hep G2细胞凋亡。本论文构建的细胞和细胞间层面的仿生界面为设计开发新型生物界面提供了新的方法与思路,也为阿尔兹海默症及肿瘤治疗研究提供了有效工具与实验指导。