Small Methods:病毒仿生囊泡介导的生物正交反应实现肿瘤高效诊断

将分子影像探针特异性的递送到病灶部位而非健康组织是实现肿瘤精确诊断和治疗的重要保证。基于肿瘤细胞特异性配体分子(抗体,多肽等)的主动靶向策略是癌症诊断的最有效方式,但是肿瘤细胞天然受体表达差异性会限制和影响该策略的实施。为了克服这些难题,通过糖代谢工程技术将特异性的化学小分子受体(例如叠氮基团-N3)引入到目的肿瘤细胞膜糖蛋白表面充当人工受体受到研究人员的关注。作为膜蛋白受体的替代物,该化学小分子受体可以高效介导功能分子通过生物正交反应与肿瘤细胞结合,实现肿瘤组织的特异性诊断和治疗。在此应用过程中,如何高特异性的将修饰有化学小分子受体的糖前体分子递送到肿瘤组织部位是影响其效率的关键因素。

近期,厦门大学分子影像暨转化医学研究中心刘刚教授团队设计开发了一种拟病毒细胞膜囊泡介导的生物正交反应体系应用于多种肿瘤的高效诊断。在该策略中,研究人员利用基因工程方法和糖代谢工程修饰技术获得了同时表达有水疱性口炎病毒糖蛋白(VSVG)和化学小分子受体叠氮基团(-N3)的拟病毒细胞膜囊泡。其中,VSVG蛋白具有在微酸性环境响应性并促进细胞膜融合的能力,而化学小分子受体叠氮基团(-N3)能够与DBCO修饰小分子或者纳米药物载体通过生物正交反应实现体内外高效结合和富集。研究者通过冷冻电镜观察到通过基因工程技术表达的VSVG蛋白在提取的细胞膜囊泡表面能够表现出明显的病毒样刺突结构,同时通过共聚焦影像技术验证了VSVG蛋白和化学小分子受体叠氮基-N3能够同时表达在细胞膜表面。在体外细胞培养实验验证了该拟病毒细胞膜囊泡在低酸性环境中诱导与肿瘤细胞膜融合并且实现化学小分子受体递送的能力。进一步在体内动物实验过程中,研究者分别通过原位肿瘤内注射和尾静脉注射的方式,选择MCF-7,4T1和HepG2多种小鼠皮下肿瘤模型验证了这种拟病毒细胞膜具有肿瘤微酸性响应性以及递送化学小分子受体-N3到肿瘤组织的能力。最终,这些移植化学小分子受体-N3可以作为一种外源性人工受体介导后续DBCO偶联分子或纳米药物载体通过生物正交反应与修饰的肿瘤组织细胞特意性结合,实现肿瘤组织的有效诊断。在此项工作中,探索验证了具有微酸性响应性以及膜融合特性的拟病毒细胞膜介导生物正交反应体系能够作为一种通用型肿瘤诊断体系平台,克服肿瘤异质性实现多种肿瘤的高效诊断,为普适性肿瘤诊断体系的研发提供策略和思考。

相关论文在线发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.202000291)上。

拟病毒细胞膜的制备及其生物学功能验证示意图