Advanced Materials:工程化近红外荧光蛋白组装体用于生物成像和治疗

近红外荧光成像由于减少了光子散射以及组织吸收,具有较深的组织穿透深度和更高的信噪比,在医学诊断领域具有重要的应用价值。当前,可用于近红外荧光成像的材料主要包括量子点、稀土上转换纳米粒子、有机小分子和基于聚合物的荧光材料。但是,毒性、免疫原性、不可降解性以及光不稳定性制约着这些材料在临床中的应用。因此,开发具有更高生物相容性和安全性的新型荧光材料作为诊断工具对于生物医学应用方面是至关重要的。荧光蛋白,例如近红外荧光蛋白,由于其较低的光散射和背景噪声信号、较弱的自荧光和相对简单的构建过程是活体组织成像的理想候选者。通常,这些荧光团是基因编码的,必须通过基因转染进入活细胞和动物中才得以进行生物成像。然而,转染效率有限、缺乏肿瘤靶向性,通过该方法表达的荧光蛋白不能有效地对肿瘤成像。另外,由宿主如大肠杆菌和酵母表达的荧光蛋白鲜有报道其可直接用于活体的生物成像,这很可能源于静脉注射荧光蛋白后,血液蛋白酶环境可以迅速的将荧光淬灭。因此,制备荧光蛋白并可通过简单而直接的外源注射荧光标记物来实现稳定、特异性的生物成像与诊断仍然是一个重大挑战。

基于此,中国科学院长春应化所提出了一种通过基因工程制备的新型近红外荧光蛋白纳米组装体。该纳米组装体可通过简单的外源注射实现稳定和特异性的肿瘤成像。由于在光疗窗口内形成了良好的纳米颗粒和光谱操作,荧光蛋白纳米颗粒可通过简单的外源注射实现稳定且特异性的肿瘤成像。而且可以追踪体内肿瘤转移,克服了体内成像只能依靠荧光蛋白的基因转染来实现的局限性。此外,由于该纳米蛋白组装体的组装结构,疏水性药物(硫链丝菌素,TSR)可以有效的负载到蛋白质纳米颗粒中,在小鼠模型中实现了对肿瘤的治疗。因此,该新型荧光蛋白组装体对活体检测和治疗癌症具有一定的应用潜力。

相关工作在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202000964)上。