Adv. Funct. Mater：遗传控制的超顺磁性铁蛋白溶酶体包裹多模式和多尺度成像和低组织衰减

【引言】

分子成像和致动方法对于细胞网络的功能分离是有价值的，特别是如果它们提供深度组织穿透并且与完整模型系统中的纵向研究兼容。此外，对分子传感器和致动器的表达模式进行遗传控制是非常需要的，因为它有助于确定特定细胞群体对组织功能的贡献。纳米材料由于其可定制的特性对生物医学应用具有巨大的价值。然而，纳米材料的材料特性可以通过与组织的相互作用而发生显著的改变，因此在特定的生物环境中评估它们以了解和定制它们的影响非常重要。

【成果简介】

近日，德国亥姆霍兹联合会Gil G. Westmeyer（通讯作者）等人对遗传控制系统针对超顺磁性铁蛋白的细胞摄取和随后向溶酶体的运输进行了优化。光吸收磁铁蛋白的高局部浓度在光声成像中产生强烈的对比并允许过表达铁蛋白受体细胞的选择性光烧蚀。生物磁性纳米颗粒的基因控制摄取也强烈地增强了三次谐波的产生，这是由于溶酶体中包裹的铁蛋白的磁铁-蛋白质界面引起的折射率变化。磁性铁蛋白的选择性吸收还使得其能够通过磁共振成像灵敏检测表达受体的细胞，以及有效的磁性细胞分选和操作。令人惊讶的是，观察到溶酶体包裹的磁性铁蛋白的阻断温度显著增加，这允许通过局部磁热疗对基因定义的细胞群进行特异性消融。相关研究以题为“Genetically Controlled Lysosomal Entrapment of Superparamagnetic Ferritin for Multimodal and Multiscale Imaging and Actuation with Low Tissue Attenuation”发表在了Adv. Funct. Mater.上。

【图文导读】

图1 基因控制摄取和铁蛋白变体溶酶体靶向的简图

A）基因系统由基因编码的铁蛋白受体Tim-2，TfR1或Scara5组成

B）在与过表达铁蛋白受体Tim-2和溶酶体靶向mCherry（mCherryLT，红色）的细胞孵育之前，用Alexa-488（绿色）标记eFTH+L和hFTH-

图2 铁蛋白摄取作为光声的报告基因机制

A）与缺乏Tim-2过表达的对照细胞相比，遗传控制的hFTH-Mag摄取和溶酶体运输到Tim-2过表达细胞中产生不同的OA-对比（绿色）和增强的THG对比（灰色到红色）

B）由于磁性铁蛋白摄取（绿色）而产生强OA信号的细胞在OA激光功率增加约15倍时可以被特异性地消融

图3 磁热疗诱导细胞消融

A）过表达Tim-2并载有hFTH-Mag（蓝色）的细胞可以通过用振荡磁场进行RF处理来消融

B）溶酶体蛋白酶组织蛋白酶B特异性的抑制剂E64d阻止了载有hFTH-Mag的稳定Tim-2细胞中RF诱导的细胞死亡

C）从Tim-2表达细胞中分离负载有hFTH-Mag（lyso-hFTH-Mag）的溶酶体

【小结】

该工作在基因控制下开发了一种用于生物合成纳米粒子摄取的半遗传系统，该系统能够通过THG显微镜以及OA和MR成像实现多模式和多尺度检测。该基因控制系统进一步提供了通过磁梯度的细胞操作和通过光烧蚀或局部磁热疗的细胞消融。该进一步突出了利用纳米结构与细胞隔室的特异性相互作用，这些系统通过局部改变纳米颗粒特性提供高空间精确度。

文献链接：Genetically Controlled Lysosomal Entrapment of Superparamagnetic Ferritin for Multimodal and Multiscale Imaging and Actuation with Low Tissue Attenuation（Adv. Funct. Mater.,2018,DOI:10.1002/adfm.201706793）

本文由材料人生物材料组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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