国家重大科学研究计划项目“生物医学纳米材料对血细胞作用的研究”工作进展与讨论

结合多模态纳米探针进行淋巴癌等血液恶性肿瘤的在体分子成像与疗效评价研究

东南大学 顾宁 教授


转移消失蛋白的研究进展

转移消失蛋白(Missing in metastasis,简称MIM)是一种重要的胞内膜调控蛋白,属于inverse BAR (I-BAR)家族成员,能结合细胞膜并在细胞极化、运动和内吞作用等过程中发挥调节功能,其表达异常与多种疾病尤其是肿瘤发生或转移相关,在神经系统、循环系统和生殖泌尿系统中也有一定作用。MIM蛋白的生物学功能包括调节肌动蛋白细胞骨架、与皮动蛋白等其他蛋白相互作用、参与细胞信号通路调控、改变细胞膜形态并促进细胞极化等,在结构上表现出典型I-BAR家族成员特征,借助其N端的I-BAR区域自聚合形成二聚体,促使细胞膜形成伪足状突起,甚至可以调控人造磷脂囊泡,但二聚体的形成也可被靶向的多肽等抑制剂阻断。除作用于蛋白I-BAR、RPTP结合域的特异性多肽外,MIM也可被RNAi干涉,在肿瘤生物治疗领域具有开发潜力。本文回顾了MIM蛋白相关医学研究进展,综述了MIM蛋白已知的生物功能,分析了MIM蛋白靶向治疗及其他应用的前景,并提出了可能的研究新方向、新思路。
曹萌, 叶子琦, 林绪波, 顾宁. 转移消失蛋白的研究进展. 科学通报, 2014, Nov 20, ms no: N972014-00981. Accepted.


MIM蛋白小分子抑制剂的设计和发现

转移消失蛋白(Missing in metastasis, 简称MIM)是重要的I-BAR家族蛋白,对细胞膜外凸结构有趋向和促进作用。MIM表达异常与人类疾病尤其是肿瘤相关,在肿瘤发生发展不同阶段发挥独特的作用。我们发现MIM-I-BAR过表达的293A细胞生长速度加快,且对紫杉醇的毒性响应增强。为了研究MIM在细胞内的功能,我们设计了一系列短肽衍生物来靶向I-BAR二聚化,并得到一个活性很好的环肽小分子结构。该环肽可以有效抑制MIM和ABBA蛋白的体外二聚化,并且可以进入细胞内部,减弱由MIM-I-BAR过表达带来的紫杉醇敏感,并抑制MIM-I-BAR介导的细胞内吞,具有进一步用于科研和医药开发的潜力。
Cao M, Chang W, Zheng M, Xie L, Zhang Y, Cai J, Chen J, Zhan X, Ji M, Gu N. Design of Small Molecules Targeting I-BAR Proteins. Curr Pharm Des. 2014 Nov 20. [Epub ahead of print] PMID: 25410498



二巯基丁二酸修饰氧化铁团簇作为核磁共振造影剂的研究

近年来,研究人员致力于发展各种磁性纳米材料的核磁共振造影剂,将其应用于临床所面临的最大困难在于磁性材料的不稳定性。本文采用冷冻干燥方法构建了一种数个三氧化二铁纳米粒组成的纳米团簇,在提高氧化铁纳米粒长期稳定性的同时,增加其磁响应性。体内外结果显示,该团簇的粒径为156.7 ± 15.3 nm,可以被巨噬细胞大量吞噬,并在体内呈现良好的肝脏靶向成像效果,未见血管刺激性和急性肝肾毒性。本研究为磁性纳米材料的临床应用提供了新的思路和方法。
Fei Xiong, Caiyun Yan, Jilai Tian, Kunkun Geng, Ziyi Zhu, Lina Song, Yu Zhang, Matthew Mulvale, Ning Gu *, 2, 3-dimercaptosuccinic acid modified iron oxide clusters for magnetic resonance imaging. J. Pharm. Sci., 2014. DOI 10.1002/jps.24209.



金纳米探针同时基于暗场成像和DAB染色针对Raji细胞表面CD20过表达程度的检测

随着纳米科技的发展,金纳米颗粒在肿瘤抑制、光热疗法,以及肿瘤诊断等方面都表现出独特的优势。由于金纳米颗粒具有独特的光学和电学特性,以及良好的稳定性和表面效应,同时具有独特的尺寸依赖的生物相容性和较低的毒性。其中金纳米颗粒的暗场散射特性受到了较为广泛关注,此外,其模拟酶效应的特点也逐渐成为研究的热点,其不仅可以模拟过氧化物酶的催化特性,还可以避免天然酶的弊端。

本文将可以特异性识别恶性淋巴瘤细胞表面过表达的CD20分子的利妥昔单抗(Rituximab)与金纳米颗粒偶联,构建Rituximab-Au探针,并利用金纳米颗粒在散射作用和模拟酶效应,建立了一种新型的免疫组化检测方法。在明场显微镜下,特异性标记于细胞表面的金纳米探针可模拟过氧化物酶催化DAB显色,并通过显色程度反映细胞标志性分子的过表达程度,即肿瘤细胞的恶性程度。在暗场下,金纳米颗粒可以散射发光,通过量化细胞暗场照片的亮度亦可获得细胞标志性分子的过表达程度,从而获得肿瘤细胞的恶性程度。将明、暗场照片相结合,可实现在同一张图片中读取多种信息,同时两方面的信息又可以相互印证,从而在传统的荧光免疫杂交法与免疫酶法的基础上建立一种成本低廉、准确度高、可量化的肿瘤检测方法。
Fan Lin, Doudou Lou, Yu Zhang, Ning Gu, Rituximab–Au nanoprobes for simultaneous dark-field imaging and DAB staining of CD20 over-expressed on Raji cells, Analyst, 2014,139, 5661-5664.


Scheme 1 Rituximab-Au 纳米探针对CD20过表达的Raji细胞标记过程.


Fig 1 Rituximab-Au 纳米探针标记Raji细胞暗场照片,实验组(a),其他5个对照组(b-f).以上照片均由 Photoshop 8.0.1统一背景颜色.


Fig 2 Raji细胞表面经100(a), 50(b), 10(c) 倍级无(d)Rituximab封闭后,由Rituximab-Au 纳米探针标记的暗场照片.


Fig 3 (a) Rituximab-Au 纳米探针标记Raji细胞明场照片,纳米金用于模拟过氧化物酶催化DAB显色. (b) Rituximab-Au 纳米探针标记Raji细胞明场照片,未经DAB显色. (c, d) a &b图对应的暗场照片.

高性能PEG化锰锌铁氧体纳米晶用于小鼠肿瘤被动靶向诊疗的研究

锰锌铁氧体纳米颗粒以其高的磁响应特性及良好的生物相容性在生物医学领域有着广泛的应用,如生物分离、药物运输、核磁共振成像(MRI)和肿瘤热疗等。其中,肿瘤热疗通过将磁流体注入靶向病灶组织,并置于交变磁场中,利用其所产生的热效应,使组织升温,加速肿瘤细胞死亡。而高性能锰锌铁氧体纳米晶的出现更是极大推动了肿瘤热疗向靶向定位和精确控制的方向发展,为肿瘤治疗提供了新的研究热点。本文采用高温热解法制备了具有良好磁响应性和单分散性的球形纳米锰锌铁氧体(8nm)。通过疏水作用,在颗粒表面修饰的油酸/油胺酰基链上包覆了单层具有较好水溶性的DSPE-PEG2000磷脂分子。这种核壳结构单包覆磷脂的磁性纳米晶一方面可以体现其中心内核的高磁性和外载脂质体良好的生物相容性及生物降解性的双重优势,另一方面,其外层的PEG聚合分子可有效避免其在机体内被巨噬细胞吞噬的几率,从而提高其在体内血液中的循环时间。进一步地,将一定剂量这种高性能磁性纳米晶经小鼠尾部静脉注射,磁粒被动靶向富集于小鼠乳腺癌瘤体组织中,通过对瘤体多次热疗,肿瘤组织表面可达43 ºC左右,有效抑制了肿瘤的生长,并利用MRI诊断瘤体的形态变化。结果显示,多次磁热疗后,肿瘤部位发生了明显的“水肿”和坏死现象。这说明,这种高性能锰锌铁氧体纳米晶可以用于介导肿瘤热疗和MRI在肿瘤诊断中应用,达到集诊断与治疗于一体,实现实时监控肿瘤生长和治疗的初步疗效。
Jun Xie, Yu Zhang, Caiyun Yan, Lina Song, Song Wen, Fengchao Zang, Gong Chen, Qi Ding, Changzhi Yan, Ning Gu. High-performance PEGylated Mn-Zn ferrite nanocrystals as a passive-targeted agent for magnetically induced cancer theranostics. Biomaterials. 2014, 35(33):9126-36.


PEG化锰锌铁氧体纳米晶用于小鼠被动靶向MRI诊断与磁热疗示意图