上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院及材料科學(xué)與工程學(xué)院代彬教授團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上發(fā)表了一項(xiàng)前沿研究成果。該研究深入探討了石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）對蛋白質(zhì)異常相分離（aberrant phase separation）的調(diào)控作用及其分子機(jī)制，為神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病、帕金森病等的病理研究與潛在干預(yù)策略開辟了全新視角。

蛋白質(zhì)相分離是細(xì)胞功能調(diào)控的基本物理化學(xué)過程。在特定病理?xiàng)l件下，某些蛋白質(zhì)（如FUS、TDP-43等）會(huì)發(fā)生異常相分離，形成具有細(xì)胞毒性的凝膠或固體聚集體，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙甚至死亡，這是多種神經(jīng)退行性疾病的共同病理特征之一。因此，尋找能夠精準(zhǔn)調(diào)控這一過程的分子工具，具有重要的科學(xué)意義與臨床價(jià)值。

代彬團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將目光投向了納米材料領(lǐng)域。石墨烯量子點(diǎn)是一種尺寸在10納米以下、具有優(yōu)異光學(xué)特性、良好生物相容性和可功能化表面的碳基納米材料。研究人員通過精確調(diào)控GQDs的表面化學(xué)性質(zhì)（如官能團(tuán)、電荷分布），系統(tǒng)研究了不同GQDs與易發(fā)生異常相分離的病理蛋白模型（如FUS蛋白的低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)域）的相互作用。

研究結(jié)果表明，特定表面修飾的GQDs能夠有效抑制病理蛋白的異常相分離過程。其作用機(jī)制主要包括：

1. 動(dòng)態(tài)干擾：GQDs通過π-π堆積、靜電相互作用或氫鍵等方式，與蛋白質(zhì)中驅(qū)動(dòng)相分離的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域結(jié)合，干擾其多價(jià)相互作用網(wǎng)絡(luò)，從而抑制異常凝聚體的形成。
2. 溶解已形成的聚集體：對于已經(jīng)形成的蛋白質(zhì)凝膠或固態(tài)聚集體，某些類型的GQDs能夠滲入其中，破壞其內(nèi)部相互作用，促使其解聚或轉(zhuǎn)化為流動(dòng)性更強(qiáng)的液態(tài)微滴。
3. 調(diào)節(jié)相行為：GQDs能夠改變蛋白質(zhì)相分離的“相圖”，提高其發(fā)生異常相分離的能量壁壘，從熱力學(xué)上穩(wěn)定蛋白質(zhì)的溶解態(tài)。

該研究的亮點(diǎn)在于，團(tuán)隊(duì)不僅揭示了GQDs的調(diào)控能力，更通過多尺度模擬（分子動(dòng)力學(xué)模擬等）與高分辨顯微成像技術(shù)（如熒光共聚焦顯微鏡、原子力顯微鏡）相結(jié)合，在分子和納米尺度上闡明了相互作用的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)，為“材料-生物界面”的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

此項(xiàng)研究屬于“自然科學(xué)研究和試驗(yàn)發(fā)展”的重要范疇，它成功跨越了材料科學(xué)、生物物理與神經(jīng)生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科邊界，展示了一種利用功能性納米材料干預(yù)基礎(chǔ)生命過程的創(chuàng)新范式。基于石墨烯量子點(diǎn)的可調(diào)控性，研究人員有望開發(fā)出針對特定病理蛋白的“納米調(diào)控劑”，為神經(jīng)退行性疾病的診斷與治療提供全新的工具和思路。代彬團(tuán)隊(duì)的工作，標(biāo)志著我國在生物材料與疾病交叉研究領(lǐng)域取得了又一項(xiàng)具有國際影響力的進(jìn)展。