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北化侯毅教授/甘志华教授团队《ACS Nano》：调控并利用“蛋白冕”构建智能纳米探针用于肿瘤双模态磁共振成像和联合治疗

时间：2023-01-01 来源：浏览：

北化侯毅教授/甘志华教授团队《ACS Nano》：调控并利用“蛋白冕”构建智能纳米探针用于肿瘤双模态磁共振成像和联合治疗

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功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#蛋白冕 2 个

#生物矿化 7 个

#双模态磁共振成像 2 个

#光热治疗 14 个

#铁死亡 12 个

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癌症即恶性肿瘤是全球主要的公共卫生问题之一。在过去几十年中，尽管人们在应对癌症方面取得了一系列重大进展，但对于癌症的早期检测和精准治疗仍然面临巨大挑战。功能性纳米材料，特别是功能性无机纳米颗粒，为癌症的精准诊疗提供了新兴的策略，例如，鉴于优异的磁学性质，氧化铁纳米颗粒已被应用于磁共振成像造影剂，并成功应用于癌症淋巴转移的诊断。然而，基于纳米颗粒所开发的各种制剂在癌症的诊断和治疗中仍然存在诸多需要解决的问题，例如，纳米颗粒在生物体内的药理学和毒理学特征改变很大程度上抑制了纳米药物从实验室到临床应用的转化。

当纳米颗粒进入生物体内，血浆蛋白将会选择性地结合到纳米颗粒表面，从而形成 “ 蛋白冕 ” 。这一被动形成的蛋白质分子层，可能改变颗粒固有表面性质，使颗粒快速被机体免疫系统所清除，并丧失靶向能力。因此，如何避免蛋白冕所造成的不良影响，成为构建高效纳米诊疗试剂的挑战之一。

图 1 智能探针对肿瘤的靶向，双模态磁共振，及多途径联合治疗示意图

近日，北京化工大学侯毅 / 甘志华团队在《 ACS Nano 》期刊上发表了题为 “Nanoprobe Based on Biominerals in Protein Corona for Dual-Modality MR Imaging and Therapy of Tumors” 的研究性论文，提出了一种调控并利用蛋白冕的策略来制备非免疫原性的肿瘤诊疗智能纳米探针。如图 1 所示，以高质量超顺磁性磁性 Fe ₃ O ₄ 作为探针核心，首先利用牛血清白蛋白（ BSA ）作为模型蛋白，在 Fe ₃ O ₄ 纳米颗粒的表面上形成第一层蛋白冕，赋予 Fe ₃ O ₄ 纳米颗粒生物相容性和非免疫原性。进一步，以 BSA 蛋白冕层作为模板，通过 Fe ³⁺ 与鞣酸（ TA ）的类生物矿化作用，在纳米颗粒表面形成 TA-Fe(III) 生物矿化层。由于矿化层表面存在诸多不饱和配位的 Fe(III) ，当纳米探针进入血液后，会选择性地吸附血浆中的不饱和转铁蛋白，形成的杂化蛋白冕，赋予探针主动靶向转铁蛋白受体高表达的三阴性乳腺癌细胞的能力。

图 2 智能探针对肿瘤特异性高灵敏 T ₁ / T ₂ 双模态磁共振成像

当探针通过转铁蛋白受体介导进入癌细胞后，由于溶酶体内较低的 pH 值， TA-Fe(III) 生物矿化层被溶解而释放 Fe ³⁺ 。一方面，释放出的 Fe ³⁺ 和探针的 Fe ₃ O ₄ 核心可以分别作为磁共振 T ₁ 和 T ₂ 造影剂，对肿瘤进行高灵敏的双模态磁共振成像，以精准的诊断肿瘤（图 2 ）。而另一方面， Fe ³⁺ 还可诱发细胞内的芬顿反应，促进癌细胞的铁死亡 / 凋亡。而剩余未完全溶解的 TA-Fe(III) 络合物则可作为光热试剂，在近红外光的照射下进行肿瘤的光热治疗（图 3 ）。在上述联合治疗机制下，该探针可以通过单次光热治疗杀伤绝大多数癌细胞，然后再通过长效的铁死亡 / 凋亡清除剩余的癌细胞，实现肿瘤的高效治疗。

图 3 智能探针实现在体肿瘤铁死亡 / 凋亡 / 光热多途径联合治疗

此外，系统实验证明，该纳米探针具备极好的生物安全性，既不会引起主要器官的损伤，也不会造成血液各项指标的异常（图 4 ）。

图 4 智能探针的生物安全性评估

上述工作通过在探针表面引入蛋白冕 / TA-Fe(III) 生物矿化层这一思路，“趋利避害”发展了利用蛋白冕构建肿瘤特异性诊疗纳米药物的新思路，并结合 T ₁ / T ₂ 双模态磁共振成像以及 Fe ³⁺ 治疗 / 光热治疗，在活体动物上实现了肿瘤灵敏成像及高效治疗。

作者简介

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侯毅，北京化工大学生命科学与技术学院教授。主要研究方向包括早期微小肿瘤的高灵敏、特异性多模态分子影像诊断以及肿瘤微环境无创可视化检测的多模态纳米分子影像探针、肿瘤活体成像、探针体内分布与代谢途径等。以第一 / 通讯作者在 J. Am. Chem. Soc. , Angew. Chem. Int. Ed. , Adv. Mater. , ACS. Nano. 等国际期刊发表论文 30 余篇，累计发表论文 70 余篇，授权发明专利 4 项。主持自然科学基金青年项目 1 项（化学部），面上项目 3 项（医学部 2 项，化学部 1 项）。

甘志华，北京化工大学生命科学与技术学院教授。主要研究方向包括聚合物结构设计与可控合成、结构与性能关系、抗肿瘤纳米载药体系的制备与性能、表界面性质对细胞生长的影响规律、高性能化与加工制备研究开展研究。在 Adv. Mater. , ACS Nano ， Biomaterials , Biomacromolecules 等国际期刊上发表 SCI 论文 110 余篇，授权发明专利 10 余项。获国家杰出青年基金、国家自然科学基金重大项目、重点项目、科技部重点研发计划等项目资助。