工程纳米粒子针对各种生物靶标

加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师开发了模块化纳米颗粒，可以轻松定制以针对不同的生物实体，例如肿瘤、病毒或毒素。纳米颗粒的表面经过精心设计，可以承载任何选择的生物分子，从而可以定制纳米颗粒以适应从靶向药物输送到中和生物制剂等广泛的应用。

研究结果发表在《自然纳米技术》上，题为

“利用基因工程增强细胞膜涂层纳米颗粒功能的模块化方法”。

研究人员写道：“自最初开发以来，细胞膜涂层纳米粒子(CNP)在生物医学领域变得越来越受欢迎。”“尽管CNP具有固有的多功能性和实现复杂生物应用的能力，但人们对通过引入额外功能来增强CNP的性能表现出极大的兴趣。在这里，我们展示了一种基于基因工程的CNP功能化模块化方法，可以将多种配体包含到纳米颗粒表面。”

“这是一种即插即用的平台技术，可以快速修饰功能性生物纳米颗粒，”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授张良方博士说。

模块化纳米粒子由涂有转基因细胞膜的可生物降解聚合物核心组成。其模块化设计的关键是一对合成蛋白质，称为SpyCatcher和SpyTag，它们专门设计用于自发且排他地相互结合。

SpyCatcher嵌入纳米颗粒表面，而SpyTag通过化学方式与感兴趣的蛋白质连接，例如针对肿瘤或病毒的蛋白质。当SpyTag连接的蛋白质与SpyCatcher修饰的纳米颗粒接触时，它们会相互结合，使感兴趣的蛋白质能够轻松附着在纳米颗粒表面。

“这是一种非常简单、精简且直接的方法，可以为任何生物应用功能化纳米粒子，”张说。

为了制造模块化纳米粒子，研究人员首先对人胚胎肾(HEK)293细胞(生物研究中常用的细胞系)进行基因改造，以在其表面表达SpyCatcher蛋白。然后将细胞膜分离，破碎成更小的碎片，并涂在可生物降解的聚合物纳米颗粒上。

随后将这些纳米颗粒与SpyTag连接的蛋白质混合。在这项研究中，研究人员使用了两种不同的蛋白质：一种针对表皮生长因子受体(EGFR)，另一种针对人表皮生长因子受体2(HER2)，这两种蛋白质普遍存在于各种癌细胞的表面。

作为概念证明，研究人员在患有卵巢肿瘤的小鼠中测试了这些纳米颗粒。这些纳米粒子装载有化疗药物多西紫杉醇，每三天通过静脉注射给小鼠注射，总共注射四次。这些纳米颗粒的治疗抑制了肿瘤生长，同时提高了存活率。接受治疗的小鼠的中位生存期为63至71天，而未经治疗的小鼠的中位生存期为24至29天。

研究人员正在寻求进一步改进用于靶向药物输送的模块化纳米颗粒平台。

“因为我们有一个模块化的纳米颗粒基底，我们可以很容易地在表面附着中和剂来中和病毒和生物毒素，”张补充道。“使用这种模块化平台，通过将抗原附着在纳米颗粒表面来制造疫苗也有潜力。这为各种新的治疗方法打开了大门。”