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          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(shí)間：2020-09-03     作者：harry   分享到：
							
          
								
          
								
							
          
						
          
						
          
						
          近紅外（NIR）熒光成像是一個(gè)不斷發(fā)展的領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)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(xué)應(yīng)用的理想選擇。當(dāng)前，NIR熒光材料主要包括量子點(diǎn)，鑭系元素?fù)诫s的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，有機(jī)小分子和基于聚合物的體系。但是，這些非類生命材料的長(zhǎng)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?cè)谂R床中的應(yīng)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(tuán)作為成像診斷工具對(duì)于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用至關(guān)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(biāo)記和全身成像的極佳候選者。通常，那些熒光團(tuán)是遺傳編碼的，必須通過基因轉(zhuǎn)染進(jìn)入活細(xì)胞和動(dòng)物中以進(jìn)行生物成像而產(chǎn)生。然而，由于缺乏特異性結(jié)合位點(diǎn)，轉(zhuǎn)染效率受到限制，并且通過該程序表達(dá)的FP不能**地靶向**。而且，很少報(bào)道由宿主如大腸桿菌和酵母表達(dá)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(shí)血液蛋白酶環(huán)境中的快速光致漂白。因此，通過簡(jiǎn)單而直接的外源性注入熒光標(biāo)記物來開發(fā)穩(wěn)定的FP，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而特異性的生物成像和診斷，仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
          【成果簡(jiǎn)介】
          中科院長(zhǎng)春應(yīng)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(luò)合驅(qū)動(dòng)。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(xì)胞滲透性，良好的生物相容性，并顯著改善了血液循環(huán)時(shí)間。通過單次靜脈內(nèi)注射即可在**部位獲得穩(wěn)定且長(zhǎng)期的成像特性，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于**報(bào)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(shí)了它們的被動(dòng)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(shí)現(xiàn)了**的。因此，基于mIFP的組件的開發(fā)提供了新的機(jī)會(huì)來探索生物成像和準(zhǔn)分段在臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用。該成果以題為“Engineered Near-Infrared Fluorescent Protein Assemblies for Robust Bioimaging and Therapeutic Applications”發(fā)表在國(guó)際**期刊Adv. Mater.上。
          【圖文導(dǎo)讀】



          圖1.mIFP-K72-PEG納米組件的合成與表征

          A）制造mIFP-K72-PEG組件的示意圖；
          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(fù)合物的圖像。




          圖2.**異種移植的體內(nèi)和體外成像
          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(cè)**異種移植物；
          D,E）切除的**異種移植物的明場(chǎng)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(duì)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；
          C）來自不同組的小鼠組織的體外成像。








          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；
          E）每組**的**體積的調(diào)查；
          F）**21天后處死小鼠，分離所有**并捕獲其大小和形態(tài)。





          【總結(jié)】

          在這個(gè)工作中，作者通過組裝帶正電的mIFP共軛物和帶負(fù)電的PEG-COO-鏈，開發(fā)了一種新型的NIR FPs納米顆粒。強(qiáng)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(xì)胞滲透性；3）細(xì)胞毒性和生物相容性可忽略不計(jì)；4）通過直接外源注射進(jìn)行長(zhǎng)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(gè)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(xué)診斷和**提供了新的機(jī)會(huì)。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(xué)應(yīng)用，輕松制造各種基于蛋白質(zhì)的納米材料。
          文獻(xiàn)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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