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劉剛教授團隊在仿生納米藥物系統研究取得新進展

發布時間:2020-11-05來源:廈大翔安校區點擊數:27

1027日,分子疫苗學和分子診斷學國家重點實驗室、分子影像暨轉化醫學研究中心劉剛教授團隊在國際知名期刊《自然·通訊》(Nature Communications)在線發表了題為“Genetically engineered magnetic nanocages for cancer magneto-catalytic theranostics”的研究論文。該研究利用基因工程和仿生礦化技術制備出具有優異磁-熱轉化能力及納米酶催化性能的磁性蛋白納米籠(eMIONs),成功克服了臨床磁熱療法中磁熱敏劑低效的瓶頸,為新一代磁熱敏劑的研發提供新的思路。

磁熱療法是一種利用磁熱敏劑在磁場中把磁能轉換為熱能以殺死腫瘤的新型癌癥治療方法,并已成功應用于臨床。但是,目前臨床所用磁熱敏劑的磁-熱轉換效率低而使得治療劑量過大,從而給病人帶來潛在的副作用,因此大大限制了磁熱療法的廣泛應用。受生物體內儲鐵蛋白的啟發,劉剛教授近年來利用基因工程技術,將天然儲鐵蛋白進行功能改造,利用其精確的內部空腔結構作為納米反應器,采用仿生合成的方法制備了一系列新穎獨特的蛋白納米籠,賦予其極靈敏的腫瘤特異性靶向效應并實現了非侵入性、高靈敏度、可定量影像監控下的微無創診療應用,全新的仿生合成方法降低了材料的生物毒性,具有極高的臨床轉化應用價值(ACS Nano.2016;Biomater.Sci.2017;Nanoscale,2018;授權專利號:ZL201510937583)。

本研究中,通過重組了黃色粘球菌中的儲鐵蛋白,并利用綠色簡單快速的仿生礦化技術制備出磁場特定吸收速率(SAR)高達2390 W/g的磁性蛋白納米籠(eMIONs),比臨床用的菲立磁(Feridex,115 W/g)提高了20倍。因此eMIONs的磁-熱轉化效率極高,5分鐘內即可達到有效熱療溫度(15kA/m,300kHz)。經探究發現,其具有優異磁響應性能的機理是eMIONs擁有適宜的粒徑尺寸,結晶度幾乎達到100%,而且在磁場中具有剩磁效應。更有趣的是,我們發現eMIONs還是一種高效的類過氧化氫酶,并且在磁場作用下,其催化效率大幅提升,從而有效的改善腫瘤微環境,實現磁熱與催化作用的協同治療。實驗結果顯示,eMIONs不僅能有效抑制小鼠皮下瘤模型的生長,還能將小鼠原位肝癌模型的生存時間延長一倍。因此,這種簡單的仿生治療策略成功克服了磁熱療法的瓶頸,也為生物納米醫療開辟了的新方向。

該研究工作在劉剛教授指導下完成,博士生張陽為文章第一作者。以上研究工作得到了科技部重大專項課題、973課題、國家自然科學基金委杰出青年基金等項目的支持。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-19061-9

(公共衛生學院)


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