R8肽在通过碳纳米管的传输研究

细胞穿透肽（CPP）由于其转运效率高、细胞毒性低和分子设计容易等优点而被广泛用作药物载体。目前已经有几种基于 CPP 的治疗方法进入临床试验。在这些 CPP 中，聚精氨酸（R8）肽作为药物载体引起了极大的关注，因为它能够单独或与货物一起穿过细胞膜。

另一方面，碳纳米管也因其固有的结构7和理想的特性而吸引了各个领域的研究人员的注意。末端开放的 CNT 具有中空圆柱结构，由轧制的石墨片组成，碳原子作为骨架。由于能够封装不同种类的分子，碳纳米管已被证明是封装和传递许多分子的优秀传输候选材料之一。

尽管先前的实验和模拟大大增强了我们对碳纳米管对生物分子输运影响的认识，可控外部工具（如磁力或电力）对纳米颗粒（NPs）输运的影响仍然很少受到关注。

在此，厦门大学一研究团队就试图从第一性原理模拟的角度研究外加电场对R8肽通过碳纳米管传输的影响，探讨外加电场对R8肽转运过程的影响及其机制。并且该研究团队将研究结果以“The transport of a charged peptide through carbon nanotubes under an external electric field: a molecular dynamics simulation”为题发布在RSC Advances。

该项研究的结果不仅揭示了电场在促进肽-药物（或基于肽载体的药物复合物）传递中的作用，而且为研究不同类型的碳纳米管（单壁和双壁）对R8肽转运的影响提供了新的认识。

在研究中，研究人员使用 AAMD 模拟研究了R8肽在不同外加电场强度下通过CNT的输运。首先，发现在没有外加电场的情况下，R8肽不能自发地穿过CNT并停留在入口附近，这意味着R8肽作为亲水性肽，更倾向于停留在水溶剂中而不是进入CNT内部。这一现象可以用PMF曲线来解释，当R8肽靠近CNT的入口时，存在一个高能量的势垒来阻碍传输。接下来，当引入外部电场（范围为0.01 V nm−1至0.09 V牛米−1）到该体系中，在30ns内可以观察到R8肽的转运，电场力成为R8肽运动的主要驱动力，而R8肽与碳纳米管之间的L-J引力在转运过程中也起着重要作用。观察到R8肽不能从碳纳米管中出来，而是在靠近碳纳米管出口处呈振荡状态，这可能是因为电场太小，R8肽很难克服能量障碍。虽然碳纳米管的两侧都存在一个能量势垒阻碍肽的转运，但是当引入外场（范围从0.1 V nm -1到0.5 V nm -1）时，当外场增加不低于 0.2 V nm-1时，来自外部电场的驱动力帮助R8肽轻松克服阻力，使其在几纳秒内顺利转运。换句话说，外加电场确实可以作为促进R8肽转运的有效工具。随着电场强度（0.2vnm）的增加，R8肽的转运效率逐渐提高(0.2 V nm -1至0.5 V nm -1 )。

另一方面，发现R8肽通过DWCNT比通过SWCNT需要更多的时间。这种现象也可以用能量垒来解释：当R8肽通过DWCNT的入口或出口时，必须克服比通过SWCNT更高的能量垒。因此完成运输过程需要更大的时间成本。因此，我们可以得出结论，单壁碳纳米管比双壁碳纳米管更适合转运R8肽。

所有这些研究成果都阐明了电场对 R8 肽通过 CNT 转运的作用，也对 CNT 类型对肽转运过程的影响提供了一些有价值的见解。

参考文献： Wen Li,Shun Cheng,Bin Wang, Zheng Mao,Jianhua Zhang, Youyu Zhang,Qing Huo Liu,The transport of a charged peptide through carbon nanotubes under an external electric field: a molecular ynamics simulation,RSC Adv., 2021,11, 23589-23596