經(jīng)過工程改造的近紅外熒光蛋白組件用于生物成像
發(fā)布時間：2020-09-03 作者：harry 分享到：
近紅外（NIR）熒光成像是一個不斷發(fā)展的領域，可實現(xiàn)生物醫(yī)學中的高分辨率成像和診斷。由于減少了光子散射和很小的組織吸收，NIR窗口（700-1700 nm）中的熒光成像可增加組織穿透深度，并具有更好的信噪比，使其成為生物醫(yī)學應用的理想選擇。當前，NIR熒光材料主要包括量子點，鑭系元素摻雜的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，有機小分子和基于聚合物的體系。但是，這些非類生命材料的長期毒性和免疫原性，非生物降解性以及光不穩(wěn)定性限制了它們在臨床中的應用。因此，開發(fā)具有更高生物相容性和生物安全性的新型熒光團作為成像診斷工具對于生物醫(yī)學應用至關重要。熒光蛋白（FPs），例如紅移熒光蛋白和工程單體近紅外熒光蛋白（mIFPs），由于低的光散射/背景，被證明是活生物體無創(chuàng)標記和全身成像的極佳候選者。通常，那些熒光團是遺傳編碼的，必須通過基因轉(zhuǎn)染進入活細胞和動物中以進行生物成像而產(chǎn)生。然而，由于缺乏特異性結(jié)合位點，轉(zhuǎn)染效率受到限制，并且通過該程序表達的FP不能**地靶向**。而且，很少報道由宿主如大腸桿菌和酵母表達的FP用于直接體內(nèi)生物成像。這很可能源于外源注射FP時血液蛋白酶環(huán)境中的快速光致漂白。因此，通過簡單而直接的外源性注入熒光標記物來開發(fā)穩(wěn)定的FP，以實現(xiàn)穩(wěn)定而特異性的生物成像和診斷，仍然是一個重大挑戰(zhàn)。中科院長春應化所展示了一種新型的明確定義的mIFP納米組裝，其由帶正電的mIFP共軛物和陰離子羧基末端封端的聚乙二醇（PEG-COO-）鏈的靜電絡合驅(qū)動。所得的蛋白質(zhì)納米顆粒具有出色的近紅外發(fā)射和光穩(wěn)定性，高細胞滲透性，良好的生物相容性，并顯著改善了血液循環(huán)時間。通過單次靜脈內(nèi)注射即可在**部位獲得穩(wěn)定且長期的成像特性，這遠遠優(yōu)于**報道的其他FP。有趣的是，mIFP組件**地積聚在小鼠肝臟的轉(zhuǎn)移性**結(jié)節(jié)中，證實了它們的被動特異性靶向能力。此外，發(fā)現(xiàn)巰基鏈霉菌素的疏水抗**抗生素被**地包封在蛋白質(zhì)納米聚集體中，并且在小鼠模型中實現(xiàn)了**的。因此，基于mIFP的組件的開發(fā)提供了新的機會來探索生物成像和準分段在臨床試驗中的應用。該成果以題為“Engineered Near-Infrared Fluorescent Protein Assemblies for Robust Bioimaging and Therapeutic Applications”發(fā)表在國際**期刊Adv. Mater.上。圖1.mIFP-K72-PEG納米組件的合成與表征B）mIFP-K72-PEG的TEM圖像和尺寸分布；C）mIFP-K72和mIFP-K72-PEG的發(fā)射光譜（λex= 680 nm）；D,E）血液和PBS緩沖液中的熒光mIFP-K72-PEG復合物的圖像。A,B）施用GFP-K72-PEG或mIFP-K72-PEG后，右后腿有**異種移植物的小鼠體內(nèi)NIR熒光成像；C）體內(nèi)NIR熒光成像用于在注射mIFP-K72-PEG后更早地檢測**異種移植物；D,E）切除的**異種移植物的明場和NIR熒光成像。圖3.體內(nèi)和體外成像的轉(zhuǎn)移性**結(jié)節(jié)A）對小鼠轉(zhuǎn)移性**結(jié)節(jié)成像的示意圖；B）注射mIFP-K72-PEG后，肝臟中有轉(zhuǎn)移性**結(jié)節(jié)的小鼠體內(nèi)NIR熒光成像；圖4.TSR包裹的mIFP-K72-PEG納米顆粒的抗**作用研究A）在mIFP-K72-PEG納米顆粒中的TSR封裝示意圖；B）TSR封裝的mIFP-K72-PEG納米粒子的TEM圖像和尺寸分布；C）mIFP-K72-PEG納米顆粒中TSR的釋放速率；D）用TSR封裝的mIFP-K72-PEG，原始TSR，PEG-TSR和PBS**后右后腿有**異種移植物的小鼠的照片；F）**21天后處死小鼠，分離所有**并捕獲其大小和形態(tài)。在這個工作中，作者通過組裝帶正電的mIFP共軛物和帶負電的PEG-COO-鏈，開發(fā)了一種新型的NIR FPs納米顆粒。強大的蛋白質(zhì)組件提供了誘人的功能：1）在光療窗內(nèi)的近紅外激發(fā)和發(fā)射；2）高細胞滲透性；3）細胞毒性和生物相容性可忽略不計；4）通過直接外源注射進行長期穩(wěn)定的體內(nèi)成像。這些特性與傳統(tǒng)的成像試劑完全不同，并且克服了依靠基因轉(zhuǎn)染和快速熒光衰減的FP生物成像的局限性。這個策略已成功用于體內(nèi)追蹤皮下**異種移植和定位深處的轉(zhuǎn)移性**結(jié)節(jié)。另外，這些類型的蛋白質(zhì)組裝體被用作**診斷納米載體以**地包封和遞送疏水性抗****。由于這類蛋白質(zhì)納米材料的深層滲透性，光穩(wěn)定性和生物相容性，它們?yōu)樯镝t(yī)學診斷和**提供了新的機會。此外，在這種策略的啟發(fā)下，可以通過遺傳融合其他功能蛋白以用于醫(yī)學應用，輕松制造各種基于蛋白質(zhì)的納米材料。文獻鏈接：Engineered Near-Infrared Fluorescent Protein Assemblies for Robust Bioimaging and Therapeutic Applications. Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000964.
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