最近，南京大学物理学院马余强课题组在药物输运中响应性纳米材料的设计方面取得了重要进展，相关工作发表在Scientific Reports上 [Sci. Rep., 3, 2804 (2013)]。论文作者是物理学院12级博士生丁泓铭及其导师马余强教授。

        如何设计响应性纳米材料能够有选择性地进入靶向细胞，这在肿瘤的诊断和治疗中是一个极为重要的问题。通过计算机模拟，作者报导了一种新型的pH响应性药物输运系统。在这个新系统中，除了包含需要被转运的纳米粒子（药物分子或团簇）之外，还存在着一些pH敏感性高分子（随着外界pH值的不同，其电离程度会发生显著变化）。由于这种pH敏感性高分子材料在不同pH环境中能够自发地在纳米粒子表面吸附和解吸付，所以它们能够有效地调节纳米粒子与细胞之间的特异性相互作用，从而可以很好地控制纳米粒子在不同pH环境中被细胞吸收的效率。更为重要的是，作者发现，这里（纳米粒子）的吸收效率对外界pH值存在着三种不同的响应——在pH比较高和比较低时，纳米粒子能够被细胞所吸收，而在pH处于中间值的时候，纳米粒子的内吞则是被阻止的（之前实验报导的响应性材料往往都只具有双pH响应）；这使得作者所设计的材料有可能应用于存在多pH值的生物体系中（例如不同肿瘤的诊断）。此外，作者还发现纳米粒子表面电荷分布以及受体-配体相互作用等都会对纳米粒子被细胞吸收的效率产生重要影响。综合以上，该工作表明，除了纳米粒子本身的性质，响应性高分子材料以及细胞周围的pH环境都会显著地影响纳米粒子的内吞效率。这些结果无疑会加深人们对于响应性纳米材料与细胞之间相互作用的理解，并对未来新型响应性纳米材料的设计及其在生物医药中的应用有着重要的指导意义。

        该课题组自2010年以来在关于细胞与纳米材料相互作用的物理机理方面已发表了系列工作。其中第一作者丁泓铭的论文ACS Nano, 6, 1230-1238(2012)和杨恺的论文Nature Nanotechnology 5, 579-583(2010)均入选ESI的Highly cited papers。 丁泓铭同学在马余强教授的指导下还以第一作者身份在生物材料顶级期刊Biomaterials ( IF=7.604）相继发表了两篇论文，其中在最新出版的Biomaterials [34, 8401-8407 (2013)]上，他们对基因载体与细胞之间相互作用机理进行了详细研究。作者发现，基因（DNA）自身的性质能够对细胞内吞基因载体产生重要影响（这在之前的实验中往往被忽略）——对于不同长度的DNA，基因载体的最优设计方法存在着显著的差距。此外，通过对比正常细胞与癌细胞对基因载体的吸收效率，作者还发现癌细胞所处的低pH环境以及其细胞膜的负电性均有利于细胞内吞基因载体，这意味着对基因载体的高效吸收有可能是癌细胞的一个固有属性。这个工作对于理解基因转染的内在机理有着重要的科学意义。

        以上研究得到了国家自然科学基金重点项目、科技部973项目以及南京大学研究生科研创新基金的资助。