即插即用纳米粒子可以更轻松地处理各种生物目标

加州大学圣地亚哥分校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。

这项技术的美妙之处在于它的简单性和效率。研究人员现在可以采用模块化纳米颗粒基础并方便地附着针对所需生物实体的蛋白质，而不是为每个特定应用制作全新的纳米颗粒。

过去，为不同的生物靶标制造不同的纳米颗粒每次从开始到结束都需要经历不同的合成过程。但通过这项新技术，可以轻松修改相同的模块化纳米粒子基础，以创建一整套专门的纳米粒子。

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芳说：“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。”

张和他的团队在10月30日发表在《自然纳米技术》上的一篇题为“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”的论文中详细介绍了他们的工作。

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。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。这对常用于生物学研究中以组合各种蛋白质。

在这项研究中，张和他的团队利用这对技术创建了一个系统，可以轻松地将感兴趣的蛋白质附着到纳米颗粒表面。

它的工作原理如下：SpyCatcher嵌入纳米颗粒表面，而SpyTag与目标蛋白质(例如针对肿瘤或病毒的蛋白质)进行化学连接。当SpyTag连接的蛋白质与SpyCatcher修饰的纳米粒子接触时，它们很容易相互结合，使感兴趣的蛋白质能够毫不费力地附着在纳米粒子表面。

例如，为了靶向肿瘤，SpyTag可以连接到一种旨在寻找肿瘤细胞的蛋白质上，然后将该SpyTag连接的蛋白质附着到纳米颗粒上。如果目标转移到特定病毒，过程也同样简单：只需将SpyTag与针对该病毒的蛋白质连接起来，并将其附着到纳米颗粒表面。

“这是一种非常简单、精简和直接的方法，可以为任何生物应用功能化纳米颗粒，”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细胞进行基因改造，这是生物研究中常用的细胞系在其表面表达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)，另一种针对人类表皮生长因子受体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。

除了癌症治疗之外，张对这项技术的其他潜在应用感到兴奋。“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，”他说。

“还有可能通过使用这种模块化平台将抗原附着在纳米颗粒表面来制造疫苗。这为各种新的治疗方法打开了大门。”

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