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摘要生物制药已经改变了疾病的治疗方法，并且越来越广泛地被应用于临床医学。其含有改变的活性药物成分，具有增强的功效的特点。在制药工业中，基于有机小分子的药物一直是最广泛使用的治疗剂，而靶向肽已成为构建生物智能纳米药物递送系统的重要配体。由于其独特的物理、化学和生物学性质，可以主动靶向肿瘤细胞中过表达的受体，结合和穿透细胞、组织中存在的不同屏障，这些功能性靶向肽可以作为有效的药物及载体配体来克服存在于细胞外和细胞内各种的屏障。多肽与受体的靶向性相互作用是影响靶向纳米药物疗效的关键，不同类型的肽作为配体与之相应的受体之间的相互作用会有所不同，因而体现多肽不同的靶向效率。跨膜转运是纳米药物进入细胞的第一步，了解跨膜动态过程，对靶向纳米药物配体的合理设计和筛选至关重要。然而由于技术手段的限制，多肽靶向纳米药物进入细胞的动态跨膜过程仍不清楚。<br>　　本论文综合应用基于原子力显微镜（AFM）的力学测量技术，单分子力谱（SMFS）和力示踪技术，并结合荧光成像技术在近生理条件下研究多肽及靶向纳米体、病毒与细胞膜相互作用的动态机制。主要研究内容如下：<br>　　（1）基于AFM的SMFS，以三种常见的多肽HAIYPRH（T7）、YHWYGYTPQNVI（GE11）和RGD靶向相应受体（转铁蛋白受体（TfR）、表皮生长因子受体（EGFR）和ανβ3整联蛋白受体）为例，在单分子水平上研究活细胞表面的受体-配体相互作用，评估T7-TfR、GE11-EGFR和RGD-ανβ3整联蛋白受体在无外力作用下的解离活化能（△Gβ,0）等参数。结果表明：在A549细胞中，T7对TfR靶向效果最好，解离速率常数（Koff，6.80×10-4S-1）较小，结合速率常数（Kon，0.79M-1S-1）较大，相互作用时间（τ，0.22s）较短。此外，A549细胞经药物（阿霉素）治疗后，T7仍能高效地靶向细胞膜上的TfR，同时荧光实验也进一步证实了SMFS的实验结果。<br>　　（2）基于AFM的力示踪技术在单颗粒水平上实时追踪T7修饰的金纳米粒子（AuNP-T7）进入不同细胞系的超快动态过程并比较其转运动态参数。结果表明：在TfR高度过表达的A549细胞中，细胞摄取AuNP-T7的平均力为66.70±22.86pN，相应摄取时间为85.00±30.13ms，平均摄取速率为0.396μm/s；对于TfR过表达程度低于A549的HeLa细胞，摄取力几乎没有差异，平均力为62.58±22.41pN，但摄取时间显著增加至100.93±45.55ms，平均速率为0.332μm/s；然而，在没有TfR过表达的正常细胞中（Vero），平均摄取力与摄取时间分别增加至74.69±34.10pN和112.06±62.30ms，平均速率为0.302μm/s。实验结果证明了TfR过表达程度高的细胞更容易摄取AuNP-T7，荧光实验结果也进一步证实了力示踪的实验结论。<br>　　（3）由于T7肽靶向TfR，并在转铁蛋白（Tf）的帮助下更容易进入细胞，已被广泛用作构建肿瘤靶向纳米药物递送系统的配体，然而，Tf促进T7修饰纳米载体进入细胞的动力学机制尚不清楚，因此我们采用基于AFM的力示踪技术揭示Tf促进AuNP-T7进入细胞的动态机制。结果表明，由于Tf的促进作用，A549细胞摄取AuNP-T7所需的平均力值为53.49±16.83pN，相应时间为67.24±27.87ms，平均摄取速率为0.496μm/s；对于TfR过表达程度低于A549的HeLa细胞，其平均摄取力为59.00±36.81pN，摄取时间为81.53±39.80ms，平均速率为0.410μm/s；在没有TfR过表达的Vero细胞中，平均摄取力和时间分别为69.17±25.46pN和148.59±11.96ms，平均速率为0.227μm/s。结果证明Tf的促进作用降低了A549细胞摄取AuNP-T7的内吞力并提高了内吞速率，然而，Tf的促进作用仅提高了了HeLa细胞摄取AuNP-T7的内吞速率，相反，在Vero细胞中，Tf的加入降低了AuNP-T7的内吞速率。<br>　　（4）新型冠状病毒肺炎（COVID-19）是由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染引起的世界性大流行疾病，严重威胁人类健康，了解SARS-CoV-2进入细胞的内吞过程至关重要，有助于深入理解病毒进入细胞的动力学机制，为SARS-CoV-2感染疾病的治疗提供理论基础。在此，基于AFM的力示踪技术，在单颗粒水平上测量了SARS-CoV-2类病毒颗粒进入细胞的动态过程。实验结果表明，A549细胞内吞单个SARS-CoV-2类病毒颗粒所需的平均力为57±20pN，所需相应时间为186±80ms，平均速率为0.18μm/s。模拟计算的结果也证实了力示踪实验结果的正确性。同时利用不同内吞途径的阻碍试剂研究了SARS-CoV-2类病毒颗粒进入A549的入侵细胞机制，ACE2衍生肽P4可以显著降低类病毒入侵A549细胞的几率，而靶向病毒S蛋白HR1（S2亚基）结构域的肽2019-nCoV-HR2P不能阻碍类病毒颗粒进入A549细胞，证明SARS-CoV-2类病毒进入A549细胞主要依赖于网格蛋白介导内吞作用而非细胞膜融合。此外，发现不同细胞系中SARS-CoV-2类病毒颗粒进入细胞的方式也会有所差异。