地質地球所在優化人源磁性鐵蛋白合成研究中取得進展

　　人源磁性鐵蛋白納米顆粒是一種具有重要生物醫學應用價值的超順磁性納米材料。利用基因工程重組的人鐵蛋白H亞基是模板仿生礦化合成的納米顆粒，具有分散性好、粒徑均一、磁性強、生物相容性好等特點，尤其是它們還具有天然的腫瘤靶向性、過氧化物酶活性等功能。前期研究發現，人源磁性鐵蛋白在腫瘤的核磁影像和病理分析中可實現高靈敏成像或染色，在生物醫學領域已顯示出巨大的應用潛力。

　　如何通過優化磁性鐵蛋白仿生合成，提高其醫學應用價值，一直是磁性鐵蛋白生物礦化研究的重要課題之一。最近，中國科學院地質與地球物理研究所中-法生物礦化與納米結構聯合實驗室潘永信研究組工程師張同偉、博士研究生楊彩云等在優化人源磁性鐵蛋白合成研究中取得了進展。針對鐵蛋白殼內徑尺寸制約內核粒徑的問題，他們通過合成具有摻鈷磁鐵礦內核的磁性鐵蛋白(M-HFn-CoxFe3–xO4)，顯著地提高了合成的人源磁性鐵蛋白的過氧化物酶的催化活性，提升了磁性鐵蛋白在腫瘤病理切片染色方面的性能（圖1）。他們發現仿生礦化體系中按60%的比例加入鈷元素，合成的磁性鐵蛋白過氧化物酶催化活性最高，可達到普通磁性鐵蛋白的2.7倍，大大提高了對胰腺癌等多種腫瘤病理切片的染色診斷效率。

　　鐵蛋白殼是合成磁性鐵蛋白的納米反應器，改良鐵蛋白本身性能是優化其仿生合成產物的重要途徑。通過大量的實驗研究，他們成功實現對鐵蛋白外殼進行聚乙二醇（PEG）修飾，構建了新的功能化納米反應器。他們還發現PEG化修飾能夠顯著提高鐵蛋白殼的熱穩定性，增強了磁性鐵蛋白在高溫條件下的適用性。另外，使用PEG化修飾的鐵蛋白所合成的磁性鐵蛋白，其飽和磁化強度、矯頑力、橫向弛豫率等性能均得到明顯提高（圖2）。上述針對磁性鐵蛋白納米材料性能的改進，改善了人源磁性鐵蛋白的部分性能，為該材料在生物醫學領域的應用奠定了基礎。

　　以上研究成果近期分別發表在國際期刊《納米技術》(Zhang et al. Enhanced peroxidase activity and tumourtissue visualization by cobalt-dopedmagnetoferritin nanoparticles, Nanotechnology, 2017, 28, 045704) 和《納米粒子研究雜志》(Yang et al. Effects of PEGylation on biomimetic synthesis of magnetoferritin nanoparticles. Journal of Nanoparticle Research, 2017, 19, 101-DOI:10.1007/s11051-017-3805-y )上。

圖1 不同摻鈷比例的磁性鐵蛋白 (M-HFn-CoxFe3–xO4) 過氧化物酶活性分析。(a)：以TMB為顯色底物；(b)：以DAB為顯色底物；(c)：礦化體系中60%的摻鈷比例顯著增強磁性鐵蛋白過氧化物酶活性

圖2 不同分子量（a,b）和不同比例（c,d）PEG化磁性鐵蛋白納米顆粒的縱向弛豫率（a,c）和橫向弛豫率（b,d）分析