能诊断微小肿瘤和跨越体内屏障的铁蛋白纳米探针

铁蛋白纳米探针跨越体内屏障和增强影像诊断微小肿瘤的工作原理示意图

纳米探针能够显著地提高医学影像诊断的灵敏度和显像效果,因此研制新型和高效的纳米探针具有重要的应用价值。近年来的研究发现,在纳米颗粒表面偶联上靶向配体可以作为纳米探针在体内特异性地增强肿瘤和正常组织的影像对比度,应用于肿瘤的分子影像诊断。最近,中国科学院地质与地球物理研究所中-法生物矿化与纳米结构联合实验室曹长乾博士等在成功仿生合成了磁性氧化铁纳米颗粒—磁性铁蛋白(~12 nm)基础上,与合作者研究发现,铁蛋白纳米颗粒不需要靶向配体修饰能够跨越体内屏障和特异性地增强肿瘤与正常组织的核磁共振成像(MRI)对比度,在微小(直径<1-2 mm)乳腺癌和神经胶质瘤都具有良好的显像效果

磁性铁蛋白由人重链(H)亚基铁蛋白壳和氧化铁纳米颗粒核构成,横向弛豫率高达224 mM-1s-1。研究人员利用人乳腺癌的裸鼠皮下移植模型进行体内成像实验,静脉注射连接荧光分子Cy5.5的铁蛋白壳和磁性铁蛋白,分别具有良好的活体近红外荧光成像(NIRF imaging)和MRI效果。MRI能检测的最小乳腺癌直径不足1 mm,肿瘤尚处于无血管的早期阶段。组织实验证明,这些基于铁蛋白的纳米颗粒能跨越血管-组织屏障,具有肿瘤主动靶向性,能特异性地识别肿瘤细胞表面高表达的人转铁蛋白受体1(TfR1)分子,实现微小肿瘤成像。发现通过静脉注射的磁性铁蛋白还能跨越正常的血-脑屏障,使得神经胶质瘤具有良好的MRI效果。

该工作表明铁蛋白壳至少具有三种重要功能:(1)作为天然的纳米反应器仿生合成磁性纳米颗粒;(2)作为靶向配体特异性结合肿瘤细胞;(3)跨越体内血管-组织和血-脑屏障。因此,基于铁蛋白的纳米探针具有不需要靶向配体修饰和能跨越体内生物屏障的优势,在医学分子影像诊断方面具有潜在的临床应用前景。