Angew. Chem. Int. Ed.：分子印迹纳米凝胶通过天然蛋白掩饰自身，从而在原位上获得“隐形”

【引言】

工程纳米材料已经作为一种新型治疗性药物而出现，展现出巨大的应用前景。这些材料包括脂质、有机和无机纳米粒子，纳米胶囊，聚合物药物共轭物，胶束以及树状聚合物。然而，为了成功地将治疗试剂运送到靶组织，抵抗与调理蛋白以及它们补体化合物的非特异性结合是避免吞噬细胞的免疫应答和从网状内皮系统逐渐消失的关键。为了获得这种“隐身”特性，通常是在使用前对亲水聚合物进行修饰，譬如聚乙二醇化。这种方法已经被证实几乎适用于各种纳米载体，并且可在血液中有较长时间的循环流通。但是对于某些特定应用来说，有时需要复杂的化学反应来延长其使用寿命，不能实现大规模生产。

近年来，血浆蛋白与纳米粒子之间的相互作用在工程纳米材料领域引起了广泛关注。当纳米粒子与血浆相互接触时，他们会吸收不同数量的血浆蛋白，形成蛋白质电晕，这可能会影响它们的功能。譬如，在人类血浆中培育的聚乙二醇化的聚苯乙烯纳米粒子与未处理的纳米粒子相比展现出更低的蛋白质吸收和更少的非特异性细胞吞噬。虽然，上述蛋白质电晕在体外形成，但是结果有力地证明这种可控的蛋白质电晕组分同样在体内可影响纳米粒子的生物活动。所以，未来通过在体内调节蛋白质电晕的策略将会显著推进对于癌症治疗的药物纳米载体的发展。

【成果简介】

近日，神户大学的Toshifumi Takeuchi（通讯作者）等人成功地提出了一种在体内调节聚合物纳米粒子上所形成的蛋白质电晕组分的新策略。在他们的研究中，将白蛋白作为蛋白质电晕的主要成分，即可在纳米粒子上形成含有丰富白蛋白的蛋白质电晕。并且这种新设计和合成的白蛋白识别纳米粒子，是基于分子印迹、蛋白质电晕调节纳米粒子的首例，被称之为模板聚合技术。由于分子印迹聚合物对于白蛋白的收吸性和选择性好，故在静脉注射后，这些分子印迹纳米凝胶可通过自身白蛋白的掩护而达到“隐形”的目的，在以后治疗性药物运送方面具有巨大的前景。相关研究成果以“In Situ by Cloaking Themselves with Native Dysopsonic Proteins”为题于2017年4月28日发表在期刊Angewandte Chemie上。

【图文导读】

图1 分子印迹纳米凝胶“隐形”过程示意图

通过静脉注射，MIP-NG用白蛋白隐藏自己，从而在原位获得“隐形”。

图2 无乳化剂的沉淀聚合构造人类血清白蛋白MIG-NPs的示意图

一般过程：首先靶蛋白通过共价或非共价键与官能单体连接形成模板分子。在模板分子形成后，聚合反应通过交联剂引发。最后移除模板蛋白，留下与模板蛋白形状、大小完全相同的互补印记腔。

在这里，无乳化剂的沉淀聚合是在HSA作为模板分子下进行，在此聚合过程中，HSA并未发生变性，随后HSA通过排阻色谱（SEC）移除。

其中PyA为吡咯烷基丙烯酸酯，作为官能单体；FAm为荧光丙烯酰胺，作为荧光单体；NIPAm为N-异丙基丙烯酰胺，作为共聚单体；MPC为2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱，作为生物相容单体；MBAA为N,N'-亚甲基双丙烯酸酰胺，作为交联剂；交联度为10%。

图3 MIP-NGs与NIP-NGs键合行为对比以及MIP-NGs对不同血浆蛋白组分的灵敏度

a. 纳米凝胶被注射到含有HSA的SPR传感器上；

b.  MIP-NGs对于HSA、IgG和Fib的灵敏度检测，通过分别将他们注射到相应的含有HSA的SPR传感器上；

其中NIP-NGs为非分子印迹聚合物纳米凝胶，Fib为纤维蛋白原，IgG为免疫球蛋白G。

图4 血液中MIP-NGs和NIP-NGs的滞留时间以及半衰期

a. 在血液中纳米凝胶的滞留时间（n=5）；

b. 在血液中纳米凝胶的半衰期（n=5）；

P值由双尾t检验计算。

图5 MIP-NGs与NIP-NGs的视觉观察以及荧光强度对比图

a）保留在肝脏中的MIP-NGs体内共聚焦荧光显微图；

b）保留在肝脏中的NIP-NGs体内共聚焦荧光显微图；

c）随时间的变化，MIP-NGs在血管中的相对荧光强度；

d）随时间的变化，NIP-NGs在血管中的相对荧光强度；

e）随时间的变化，MIP-NGs在肝细胞中的相对荧光强度；

f）随时间的变化，NIP-NGs在肝细胞中的相对荧光强度；

图6 R-HSA与MIP-NGs之间相互作用的体内FRET观察图

ΔF=F-F_0；其中F是在注射MIP-NGs或NIP-NGs后，当R-HSA出现时的荧光强度；F₀是在注射MIP-NGs或NIP-NGs后，当R-HSA消失时的荧光强度；所有的数据都是在注射MIP-NGs或NIP-NGs后，200s至3600s之间荧光强度的平均值。

图7 肿瘤区域动脉血化的发生致使荧光强度与正常区域相比显著增加

a）肿瘤区域的体内共聚焦荧光显微图；

b）MIP-NGs在海拉肿瘤区域和正常区域中随时间变化的荧光强度图；

P值由双尾t检验计算且灰色方形是对于荧光测量的感兴趣区域。

【小结】

本文报道了一种在体内调节聚合物纳米粒子上所形成的蛋白质电晕组分的新策略。所形成的MIP-NGs对于HSA选择性高，且在细胞中呈现低毒性。实验结果表明在向体内注入MIP-NGs后，R-HSA会被迅速捕获，在MIP-NGs周围可形成一个含有丰富白蛋白的蛋白质电晕，从而使其具有“隐形”特性。这种基于使用MIP-NGs调节蛋白质电晕的策略，在未来对于递送治疗性药物和其他与纳米药物有关的试剂方面具有很大的应用前景。

文献链接：Molecularly Imprinted Nanogels Acquire Stealth In Situ by Cloaking Themselves with Native Dysopsonic Proteins （Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201700647）

该文献汇总由材料人编辑部纳米学术组张虞供稿，材料牛编译整理。

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