综述:SV40病毒纳米生物技术研究进展

生物大分子不仅在生命过程中扮演重要角色,它们还是天然的纳米材料,架起了分子生物学与纳米技术之间的桥梁。病毒作为其中重要的一类,具有丰富的类型及可利用空间,作为材料具有诸多优势,如精确的三维结构、单分散性、易于制备及可寻址的修饰等。病毒纳米颗粒(virus-based nanoparticle, VNP)通常是由一种或多种病毒衣壳蛋白自组装形成的空心球状或棒状结构,可通过改变溶液环境或调控蛋白亚基之间的作用界面实现解聚-组装状态的转换,其内腔和外表面均可用来装载功能元件:或通过原位合成相关元件,或通过共组装、共价及非共价连接的方法整合预合成的元件。目前,已有大量不同组成、形状、尺寸的病毒被用于纳米生物技术领域,通过与各种不同的功能元件复合,实现在热疗、成像、药物递送、组织工程、传感器、催化、电池等领域的应用。

猴病毒40(simian virus,SV40)属于多瘤病毒科,是最简单的dsDNA病毒之一,具有相对清楚的病毒学背景,曾被用作基因治疗载体。近十年来,SV40 VNP在纳米生物技术领域的研究受到越来越多的关注。近期,中科院武汉病毒研究所李峰研究员与中科院生物物理研究所张先恩研究员等以“Virus-based nanoparticles of simian virus 40 in the field of nanobiotechnology”为题总结了SV40病毒纳米生物技术的研究进展。

 

SV40主要衣壳蛋白VP1在体外可自组装形成多态性的结构,如T=1T=7的正二十面体、杆状结构等。这种多态性为SV40病毒纳米颗粒用作多功能纳米结构的构建平台提供了多种可能性。暴露在SV40 VNP外表面的环结构及朝向VNP内腔的VP1柔性氨基末端为功能肽、纳米颗粒等元件的引入提供了位点。

SV40 VP1已经被成功用于包装各种不同形状、大小及表面性质的金纳米颗粒(gold nanoparticle, AuNP)、金@银核-壳纳米颗粒(Au@AgNP)、CdSe@ZnS量子点(quantum dot, QD)、Ag2S QD、磁性纳米颗粒等,形成NP@VNP结构,其形状可随所包装纳米颗粒而变。而这种NP@VNP又可以作为模板进一步用于构建更加复杂的纳米结构,从而实现多功能整合,用于纳米光子学、成像、靶向治疗等。例如,以SV40 VNP为模板、同时利用其内腔和外表面,通过基因工程或化学修饰的手段调节纳米颗粒-蛋白作用界面,实现纳米颗粒组成、数目、间距等的精确调控,从而实现NP的可控有序装配,为纳米光子学研究提供了重要的实体模型。通过包装纳米成像探针,则实现SV40 VNP的体内或体外追踪。如包装可见光QD,实现了SV40 VNP细胞内吞行为的实时追踪。通过包装近红外二区荧光Ag2S QD,大大提高了活体成像的穿透深度,实现了SV40 VNP活体行为的实时动态追踪。在QD@VNP基础上整合更多的功能元件获得了“荧光成像-靶向-治疗”三功能于一体的生物纳米器件,实现了小鼠活体内动脉粥样硬化斑块的成像与靶向治疗。

SV40 VNP包装NP的多能性,为基于SV40 VNP的多模态成像技术和器件提供了多种可能性。而这种包装策略,有利于避免NP对VNP-生物体相互作用的干扰。

随着新型纳米材料、蛋白质的理性设计、蛋白质修饰策略的进步,更加复杂、可控的VNP纳米元器件将继续涌现;环境响应特性的引入、结构稳定性的提高、活体分布行为与命运的可控调节,对VNP材料的实际应用(尤其是活体应用及后续临床转化)具有非常重要的意义。相关文章在线发表在Biotechnology Journal(DOI: 10.1002/biot.201700619)上。