WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology:蛋白基纳米系统在肿瘤诊疗中的应用

癌症是造成人类死亡最主要的原因之一。蛋白质作为生命活动的主要承担者,具有极佳的生物相容性、富含功能基团以及内在的生物活性。近年来各种各样以蛋白作为载体的纳米平台显示了在癌症诊断和治疗应用中的巨大潜力。基于此,中国科学院上海硅酸盐研究所陈航榕研究员课题组系统综述了近年来基于蛋白组成的纳米体系用于肿瘤成像与治疗相关的最新研究进展,着重概述了白蛋白、铁蛋白、转铁蛋白等几类常用蛋白载体在生物医学领域的基础及应用研究情况,具体内容涉及蛋白基本物化性质介绍、各种功能化蛋白基纳米系统构建、性能表征与代表性临床应用举例等。此外该综述也对明胶、角蛋白等其他类型的蛋白用于肿瘤诊疗的相关研究做了简要介绍,最后对目前该领域存在的机遇和挑战进行了探讨与展望。

白蛋白(主要指人血清白蛋白HSA和牛血清白蛋白BSA)是最广泛应用于纳米载体的蛋白,可以和光热分子、光敏剂、声敏剂等有机分子通过疏水自组装、静电相互作用、化学交联等方式形成纳米颗粒;也可以通过原位仿生矿化的方式负载功能性无机纳米颗粒。其中白蛋白结合紫杉醇(Abraxane)已广泛用于治疗各种癌症;白蛋白结合雷帕霉素用于临床骨髓瘤的治疗等。

铁蛋白(ferritin, Fn)是一类重要的铁存储蛋白,存在于几乎所有生命中。Fn具有独特的空腔结构以及pH依赖的解组装-重组装过程,这使其作为纳米载体具有突出的优势。此外,Fn具有内源靶向性,利于其在肿瘤区域的富集。多种有机分子、抗肿瘤药物以及无机纳米颗粒均可通过合适方法负载于Fn的空腔中。临床上铁蛋白多用于治疗贫血相关疾病。

转铁蛋白(transferrin, Tf)是一类起到转运铁离子作用的蛋白,在维持机体正常铁代谢过程中发挥重要作用。Tf因具有对多种肿瘤细胞的靶向性,因而多用于修饰在脂质体、高聚物(如PLGA等)、二氧化硅等载体的表面发挥靶向作用。Tf在作为纳米载体方面也正处于蓬勃发展阶段,部分有机小分子(吲哚菁绿、原卟啉等)以及无机纳米颗粒(Au, Gd2O3等)已经被证明可以有效负载于Tf中发挥肿瘤诊疗作用。

由于蛋白质本身的优异性质,其作为纳米载体用于癌症诊疗已经引起了研究者广泛兴趣,有非常广阔的应用前景。但同时,一些亟需解决的问题,比如载体形貌难以准确控制(铁蛋白等具有空腔结构的蛋白除外)、易变性失活、血液中蛋白冠的吸附等,为蛋白基纳米载体进一步的临床转化提出了挑战,需要科研工作者的继续努力。

该综述以“Protein-based nanoplatforms for tumor imaging and therapy”为题发表在WIREs Nanomed. Nanobiotechnol. (DOI: 10.1002/wnan.1616) 上,文章第一作者为中国科学院上海硅酸盐研究所在读博士生梁凯程。