武漢病毒所在病毒-納米生物交叉研究方面取得系列進展
病毒樣顆粒（virus-likeparticle，VLP）是一種典型的生物大分子組裝體，是精巧結構與特定功能的完美統一體。VLP通常都保持了病毒的納米級尺寸、免疫原性、細胞識別等特性。從材料學的角度，VLP具有良好的生物相容性、結構可尋址性、組裝-解聚可控性等優勢。VLP的內腔和外表面具有豐富的載物空間，可裝載各種不同功能的元件，已被廣泛用于生物醫學和納米技術領域。近日，中國科學院武漢病毒研究所/生物安全大科學中心李峰課題組與合作者在VLP的材料學性質增強、新型藥物包裝、靶向輸運等方面取得系列進展。
VLP基材料或器件的功能發揮（如藥物遞送、疾病診斷、納米限域催化等），很大程度上依賴于VLP的結構穩定性，而天然VLP的穩定性往往不能滿足實際應用的苛刻要求。李峰課題組與合作者，通過在猴病毒40（Simian virus 40，SV40）VLP中包裝納米碳點（carbon dot，C-dot），顯著提高了SV40 VLP的組裝產率、穩定性（pH、熱、耐酶解、硬度）以及序列可塑性（圖1）；冷凍電鏡三維重構、分子動力學模擬、親和力測試等研究發現C-dot與VLP內腔之間形成的廣泛界面相互作用是獲得上述多方面性能增強的原因。SV40 VLP與C-dot形成的雜合組裝體系，為構建新型疫苗、多功能腫瘤診療器件等應用提供了穩健的技術平臺。這一成果近期發表于Small（DOI：10.1002/smll.202101717）。武漢病毒所博士生張文靜為論文第一作者，武漢病毒所李峰研究員、曹晟研究員和中科院理化技術所葛介超研究員為論文共同通訊作者。
圖1. 包裝C-dot提高SV40 VLP的穩定性
具有分子內扭轉電荷轉移（twisted intramolecular charge-transfer，TICT）和聚集誘導發光（aggregation-induced emission，AIE）性質的近紅外Ⅱ區有機熒光納米顆粒，作為新型活體熒光成像探針，具有高信噪比、高時空分辨等優點，但現有技術制備的有機納米顆粒存在粒徑難以精確控制、穩定性和生物相容性差等問題。針對該問題，李峰課題組與合作者利用雜合組裝策略，將TICT-AIE分子（CH1）包裝在SV40 VLP內腔，構建了粒徑均一（約21 nm）、高生物相容性和光穩定性的雜合有機納米顆粒CH1-SV40，熒光量子產率高達13.03%；利用CH1-SV40成功實現了血管成像和影像引導的腫瘤切除手術。該工作為生物醫學近紅外II區成像提供了新型納米探針（圖2），也為可控構建有機納米顆粒提供了新思路。相關成果發表于ACS Appl. Mater. Interfaces（DOI：10.1021/acsami.1c02691）。中南民族大學閔雪紅博士、武漢病毒所博士生張娟和中南民族大學碩士生李潤豪為該論文的共同第一作者，武漢病毒所李峰研究員和中南民族大學孫躍教授為論文共同通訊作者。
圖2. SV40 VLP包裝CH1用于活體血管成像
VLP是開發腫瘤靶向診療技術的理想納米平臺。高效腫瘤靶向一直是該領域的主要挑戰。以往研究中，人們通常著眼于通過對納米顆粒的設計來提高腫瘤靶向效率，而腫瘤內在微環境特點對靶向效率的影響鮮受關注。李峰課題組以噬菌體P22 VLP為模式載體，利用結腸癌小鼠模型探究了腫瘤進程對靶向效率的影響，發現P22 VLP的腫瘤富集效率與腫瘤進程呈負相關（圖3），并且靶向腫瘤的P22 VLP主要被腫瘤新生血管中的腫瘤相關巨噬細胞（TAM）所吞噬。該研究為理解腫瘤靶向藥物療效差異性提供了新視角，而P22 VLP在TAM富集這一特點，可用于開發靶向TAM的癌癥免疫治療策略。相關結果近期發表于Nanoscale（DOI：10.1039/d1nr01619a），并入選該雜志2021年熱點論文集（2021 Nanoscale HOT Article Collection）。武漢病毒所李峰研究員、博士生張娟分別為該論文通訊作者和第一作者。
圖3. P22 VLP的腫瘤靶向富集效率與腫瘤進程呈負相關
以上研究受到國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃、中國科學院院重點部署項目、武漢市科技計劃“應用基礎前沿專項”、武漢市“黃鶴英才科技計劃”等項目的支持。
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