Adv.Funct.Mater：遺傳控制的超順磁性鐵蛋白溶酶體包裹多模式和多尺度成像和低組織衰減

【引言】

分子成像和致動方法對於細胞網路的功能分離是有價值的，特別是如果它們提供深度組織穿透並且與完整模型系統中的縱向研究兼容。此外，對分子感測器和致動器的表達模式進行遺傳控制是非常需要的，因為它有助於確定特定細胞群體對組織功能的貢獻。納米材料由於其可定製的特性對生物醫學應用具有巨大的價值。然而，納米材料的材料特性可以通過與組織的相互作用而發生顯著的改變，因此在特定的生物環境中評估它們以了解和定製它們的影響非常重要。

【成果簡介】

近日，德國亥姆霍茲聯合會Gil G. Westmeyer（通訊作者）等人對遺傳控制系統針對超順磁性鐵蛋白的細胞攝取和隨後向溶酶體的運輸進行了優化。光吸收磁鐵蛋白的高局部濃度在光聲成像中產生強烈的對比並允許過表達鐵蛋白受體細胞的選擇性光燒蝕。生物磁性納米顆粒的基因控制攝取也強烈地增強了三次諧波的產生，這是由於溶酶體中包裹的鐵蛋白的磁鐵-蛋白質界面引起的折射率變化。磁性鐵蛋白的選擇性吸收還使得其能夠通過磁共振成像靈敏檢測表達受體的細胞，以及有效的磁性細胞分選和操作。令人驚訝的是，觀察到溶酶體包裹的磁性鐵蛋白的阻斷溫度顯著增加，這允許通過局部磁熱療對基因定義的細胞群進行特異性消融。相關研究以題為「Genetically Controlled Lysosomal Entrapment of Superparamagnetic Ferritin for Multimodal and Multiscale Imaging and Actuation with Low Tissue Attenuation」發表在了Adv. Funct. Mater.上。

【圖文導讀】

圖1 基因控制攝取和鐵蛋白變體溶酶體靶向的

簡圖

A）基因系統由基因編碼的鐵蛋白受體Tim-2，TfR1或Scara5組成

B）在與過表達鐵蛋白受體Tim-2和溶酶體靶向mCherry（mCherryLT，紅色）的細胞孵育之前，用Alexa-488（綠色）標記eFTH+L和hFTH-

圖2 鐵蛋白攝取作為光聲的報告基因機制

A）與缺乏Tim-2過表達的對照細胞相比，遺傳控制的hFTH-Mag攝取和溶酶體運輸到Tim-2過表達細胞中產生不同的OA-對比（綠色）和增強的THG對比（灰色到紅色）

B）由於磁性鐵蛋白攝取（綠色）而產生強OA信號的細胞在OA激光功率增加約15倍時可以被特異性地消融

圖3 磁熱療誘導細胞消融

A）過表達Tim-2並載有hFTH-Mag（藍色）的細胞可以通過用振蕩磁場進行RF處理來消融

B）溶酶體蛋白酶組織蛋白酶B特異性的抑製劑E64d阻止了載有hFTH-Mag的穩定Tim-2細胞中RF誘導的細胞死亡

C）從Tim-2表達細胞中分離負載有hFTH-Mag（lyso-hFTH-Mag）的溶酶體

【小結】

該工作在基因控制下開發了一種用於生物合成納米粒子攝取的半遺傳系統，該系統能夠通過THG顯微鏡以及OA和MR成像實現多模式和多尺度檢測。該基因控制系統進一步提供了通過磁梯度的細胞操作和通過光燒蝕或局部磁熱療的細胞消融。該進一步突出了利用納米結構與細胞隔室的特異性相互作用，這些系統通過局部改變納米顆粒特性提供高空間精確度。

文獻鏈接：Genetically Controlled Lysosomal Entrapment of Superparamagnetic Ferritin for Multimodal and Multiscale Imaging and Actuation with Low Tissue Attenuation（Adv. Funct. Mater.,2018,DOI:10.1002/adfm.201706793）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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