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刘刚教授团队在仿生纳米药物系统研究取得新进展
发布时间:2020年11月05日 来源:公共卫生学院 责任编辑:林济源

10月27日,分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室、分子影像暨转化医学研究中心刘刚教授团队在国际知名期刊《自然·通讯》(Nature Communications)在线发表了题为“Genetically engineered magnetic nanocages for cancer magneto-catalytic theranostics”的研究论文。该研究利用基因工程和仿生矿化技术制备出具有优异磁-热转化能力及纳米酶催化性能的磁性蛋白纳米笼(eMIONs),成功克服了临床磁热疗法中磁热敏剂低效的瓶颈,为新一代磁热敏剂的研发提供新的思路。

磁热疗法是一种利用磁热敏剂在磁场中把磁能转换为热能以杀死肿瘤的新型癌症治疗方法,并已成功应用于临床。但是,目前临床所用磁热敏剂的磁-热转换效率低而使得治疗剂量过大,从而给病人带来潜在的副作用,因此大大限制了磁热疗法的广泛应用。受生物体内储铁蛋白的启发,刘刚教授近年来利用基因工程技术,将天然储铁蛋白进行功能改造,利用其精确的内部空腔结构作为纳米反应器,采用仿生合成的方法制备了一系列新颖独特的蛋白纳米笼,赋予其极灵敏的肿瘤特异性靶向效应并实现了非侵入性、高灵敏度、可定量影像监控下的微无创诊疗应用,全新的仿生合成方法降低了材料的生物毒性,具有极高的临床转化应用价值(ACS Nano.2016;Biomater.Sci.2017;Nanoscale,2018;授权专利号:ZL201510937583)。

本研究中,通过重组了黄色粘球菌中的储铁蛋白,并利用绿色简单快速的仿生矿化技术制备出磁场特定吸收速率(SAR)高达2390 W/g的磁性蛋白纳米笼(eMIONs),比临床用的菲立磁(Feridex,115 W/g)提高了20倍。因此eMIONs的磁-热转化效率极高,5分钟内即可达到有效热疗温度(15kA/m,300kHz)。经探究发现,其具有优异磁响应性能的机理是eMIONs拥有适宜的粒径尺寸,结晶度几乎达到100%,而且在磁场中具有剩磁效应。更有趣的是,我们发现eMIONs还是一种高效的类过氧化氢酶,并且在磁场作用下,其催化效率大幅提升,从而有效的改善肿瘤微环境,实现磁热与催化作用的协同治疗。实验结果显示,eMIONs不仅能有效抑制小鼠皮下瘤模型的生长,还能将小鼠原位肝癌模型的生存时间延长一倍。因此,这种简单的仿生治疗策略成功克服了磁热疗法的瓶颈,也为生物纳米医疗开辟了的新方向。

该研究工作在刘刚教授指导下完成,博士生张阳为文章第一作者。以上研究工作得到了科技部重大专项课题、973课题、国家自然科学基金委杰出青年基金等项目的支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-19061-9

(公共卫生学院)


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