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科研进展

武汉病毒所/生物安全大科学中心在病毒-纳米生物交叉研究方面取得系列进展

来源：时间：2021-07-06

病毒样颗粒（virus-like particle，VLP）是一种典型的生物大分子组装体，是精巧结构与特定功能的完美统一体。VLP通常都保持了病毒的纳米级尺寸、免疫原性、细胞识别等特性。从材料学的角度，VLP具有良好的生物相容性、结构可寻址性、组装-解聚可控性等优势。VLP的内腔和外表面具有丰富的载物空间，可装载各种不同功能的元件，已被广泛用于生物医学和纳米技术领域。近日，中国科学院武汉病毒研究所/生物安全大科学中心李峰课题组与合作者在VLP的材料学性质增强、新型药物包装、靶向输运等方面取得系列进展。

VLP基材料或器件的功能发挥（如药物递送、疾病诊断、纳米限域催化等），很大程度上依赖于VLP的结构稳定性，而天然VLP的稳定性往往不能满足实际应用的苛刻要求。李峰课题组与合作者，通过在猴病毒40（Simian virus 40，SV40）VLP中包装纳米碳点（carbon dot，C-dot），显著提高了SV40 VLP的组装产率、稳定性（pH、热、耐酶解、硬度）以及序列可塑性（图1）；冷冻电镜三维重构、分子动力学模拟、亲和力测试等研究发现C-dot与VLP内腔之间形成的广泛界面相互作用是获得上述多方面性能增强的原因。SV40 VLP与C-dot形成的杂合组装体系，为构建新型疫苗、多功能肿瘤诊疗器件等应用提供了稳健的技术平台。这一成果近期发表于Small（DOI：10.1002/smll.202101717）。武汉病毒所博士生张文静为论文第一作者，武汉病毒所李峰研究员、曹晟研究员和中科院理化技术所葛介超研究员为论文共同通讯作者。

图1. 包装C-dot提高SV40 VLP的稳定性

具有分子内扭转电荷转移（twisted intramolecular charge-transfer，TICT）和聚集诱导发光（aggregation-induced emission，AIE）性质的近红外Ⅱ区有机荧光纳米颗粒，作为新型活体荧光成像探针，具有高信噪比、高时空分辨等优点，但现有技术制备的有机纳米颗粒存在粒径难以精确控制、稳定性和生物相容性差等问题。针对该问题，李峰课题组与合作者利用杂合组装策略，将TICT-AIE分子（CH1）包装在SV40 VLP内腔，构建了粒径均一（约21 nm）、高生物相容性和光稳定性的杂合有机纳米颗粒CH1-SV40，荧光量子产率高达13.03%；利用CH1-SV40成功实现了血管成像和影像引导的肿瘤切除手术。该工作为生物医学近红外II区成像提供了新型纳米探针（图2），也为可控构建有机纳米颗粒提供了新思路。相关成果发表于ACS Appl. Mater. Interfaces（DOI：10.1021/acsami.1c02691）。中南民族大学闵雪红博士、武汉病毒所博士生张娟和中南民族大学硕士生李润豪为该论文的共同第一作者，武汉病毒所李峰研究员和中南民族大学孙跃教授为论文共同通讯作者。

图2. SV40 VLP包装CH1用于活体血管成像

VLP是开发肿瘤靶向诊疗技术的理想纳米平台。高效肿瘤靶向一直是该领域的主要挑战。以往研究中，人们通常着眼于通过对纳米颗粒的设计来提高肿瘤靶向效率，而肿瘤内在微环境特点对靶向效率的影响鲜受关注。李峰课题组以噬菌体P22 VLP为模式载体，利用结肠癌小鼠模型探究了肿瘤进程对靶向效率的影响，发现P22 VLP的肿瘤富集效率与肿瘤进程呈负相关（图3），并且靶向肿瘤的P22 VLP主要被肿瘤新生血管中的肿瘤相关巨噬细胞（TAM）所吞噬。该研究为理解肿瘤靶向药物疗效差异性提供了新视角，而P22 VLP在TAM富集这一特点，可用于开发靶向TAM的癌症免疫治疗策略。相关结果近期发表于Nanoscale（DOI：10.1039/d1nr01619a），并入选该杂志2021年热点论文集（2021 Nanoscale HOT Article Collection）。武汉病毒所李峰研究员、博士生张娟分别为该论文通讯作者和第一作者。

图3. P22 VLP的肿瘤靶向富集效率与肿瘤进程呈负相关

以上研究受到国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、中国科学院院重点部署项目、武汉市科技计划“应用基础前沿专项”、武汉市“黄鹤英才科技计划”等项目的支持。

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