病毒纳米器件用于小鼠活体动脉粥样硬化斑块靶向成像和药物输送

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心血管疾病是危害人类健康的第一大杀手,而动脉粥样硬化是引发心血管疾病的主要因素。动脉粥样硬化在早期没有任何症状,很难检测。晚期动脉粥样斑块一旦破裂,往往会引起心肌梗死或者中风。动脉粥样硬化靶向成像检测与治疗存在很大的挑战。本文选择血管内皮细胞粘附因子-1(VCAM-1)、巨噬细胞(Macrophages)和纤维蛋白(Fibrin)三种分子(或细胞)分别作为动脉粥样硬化早期、中期、晚期典型性的标志物。基于实验室前期构建的SV40病毒衣壳蛋白VP1包装量子点体系,通过基因重组技术在VP1的DE loop或者HI loop插入三种标志物的靶向肽,在VP1蛋白N端融合水蛭素肽(Hirulog),成功构建内部包装近红外量子点、表面展示靶向分子、并装载有治疗药物的“荧光-靶向-药物”三功能病毒样纳米器件-“SV40 VNP”。  本研究主要内容包括:⑴通过基因工程方法在VP1的DE loop插入内皮细胞粘附因子-1的靶向肽(CVHSPNKKC),在VP1的HI loop插入巨噬细胞的靶向肽(CGNKRTRGC),在VP1的DE loop插入纤维蛋白的靶向肽(CREKA)。在组装的VP1病毒样颗粒内部包装QD800,获得靶向血管内皮细胞粘附因子-1、巨噬细胞和纤维蛋白的病毒样颗粒V-QDs、M-QDs、F-QDs。透射电镜、马尔文粒径仪形态学表征表明颗粒内部均包装单颗量子点,颗粒规则整齐,与野生型颗粒在形态学上没有明显区别。荧光度计表征发现,包装量子点的病毒样颗粒与游离的量子点具有相同的荧光性质。⑵将三种靶向颗粒V-QDs、M-QDs、F-QDs分别注射到动脉粥样硬化早期、中期和晚期的模型小鼠,与注射相同浓度的VLP-QDs对照组ApoE(-/-)小鼠相比,注射三种靶向颗粒的小鼠背部成像均有明显的荧光信号。相同鼠龄的C57BL/6L健康小鼠注射靶向颗粒后背部无荧光信号。荧光定量结果表明ApoE(-/-)小鼠注射V-QDs、M-QDs和F-QDs颗粒的荧光强度分别是注射非靶向VLP-QDs小鼠的荧光强度的3.6、3.3和3.8倍,是单独注射相同物质量量子点小鼠荧光强度的6.8、6.5和7.2倍。结果表明V-QDs、M-QDs、F-QDs能在小鼠体内准确靶向动脉粥样硬化斑块。注射V-QDs、M-QDs和F-QDs靶向颗粒的主动脉在原位和离体条件下均能检测到荧光信号,而注射不带靶向颗粒或者量子点的主动脉均未检测到荧光信号。此外,小鼠血管的免疫组织分析表明靶向颗粒的量子点荧光与二抗标记的目标分子的荧光在动脉粥样斑块内能共定位,在分子水平上也验证靶向颗粒能靶向目标分子。⑶水蛭素肽Hirulog融合到靶向VP1N端,经测定Hirulog仍保持抗凝血酶活性,且不影响VP1包装量子点QD800,纯化获得MH-QDs和FH-QDs两种带靶向和药物的颗粒。小鼠尾静脉注射MH-QDs和FH-QDs颗粒,在主动脉有荧光的位置测定的水蛭素肽抗凝血酶活性,分别是非靶向颗粒的2.75倍和1.83倍。说明MH-QDs和FH-QDs颗粒能靶向传递水蛭素肽到达作用的靶位点,实现了药物的靶向运输。
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