近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場中心王俊峰研究員課題組，依托穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置（SHMFF），在蛋白仿生礦化與金屬有機框架（MOFs）結合的研究中取得重要進展，成功構建了一種由蛋白籠包裹的生物型納米金屬有機框架材料，大幅提升了其結構穩(wěn)定性、親水性、生物相容性和藥物負載能力。相關研究成果發(fā)表在國際權威期刊Nano Letters上。

金屬有機框架（MOFs）因其高孔隙率、可調節(jié)的結構和優(yōu)異的藥物負載能力，近年來備受關注。然而，MOFs在生物應用中存在穩(wěn)定性、親水性和生物利用度較低及藥物泄漏等問題，限制了其在生物醫(yī)學領域的廣泛應用。在腫瘤藥物靶向遞送中，亟需開發(fā)更穩(wěn)定、高效的納米載體，以提高藥物遞送效率并降低毒性。

在本研究中，團隊基于此前的仿生礦化技術研究（Journal of Materials Chemistry B, 2017；ACS Applied Materials & Interfaces, 2020；PNAS, 2022, Chemical Engineering Journal, 2023, Small 2024），利用生物礦化的BSA（牛血清白蛋白）作為模板，成功調控了鋅基MOF（ZIF-8）的晶體結構，合成了具有高穩(wěn)定性和尺寸均一性的生物型MOF材料（BSA@ZIF-8）。這種由礦化蛋白BSA調控金屬節(jié)點的納米結構將MOFs的尺寸從150 nm顯著降低至65 nm，并提升了其在復雜生物環(huán)境中的穩(wěn)定性和生物相容性。實驗結果表明，與傳統的ZIF-8相比，BSA@ZIF-8在體外和體內均表現出顯著的抗腫瘤藥物遞送效果。特別是在負載抗癌藥物多柔比星（Doxorubicin, DOX）后，BSA@ZIF-8能夠在腫瘤微環(huán)境的酸性條件下（pH 5.0）實現精準釋放，同時在中性條件下（pH 7.4）保持穩(wěn)定，顯著減少了藥物的非特異性泄漏。研究顯示，BSA@ZIF-8的最大藥物載量達到了16μg/mg，并能高效富集進入腫瘤細胞內部。此外，通過SHMFF核磁共振（NMR）、二維及三維細胞熒光實驗等多種技術手段，研究進一步揭示了BSA@ZIF-8與腫瘤細胞的相互作用機制及藥物釋放機制。結果表明，BSA蛋白的外殼結構不僅顯著提高了MOFs的生物穩(wěn)定性，還增強了腫瘤細胞的靶向性和藥物遞送效率。

該研究的實驗結果在體內小鼠模型中得到進一步驗證。與傳統載藥MOFs相比，BSA@ZIF-8在抑制腫瘤生長方面展現了優(yōu)越的效果，治療組小鼠的腫瘤體積顯著縮小，并顯示出更長的生存時間。此外，該材料的血液學和組織學分析也顯示出良好的生物相容性，未引起明顯的毒性反應。本研究不僅展示了BSA@ZIF-8在腫瘤治療中的應用潛力，還為未來蛋白-金屬有機框架的設計和功能化提供了新的思路，進一步推動了納米醫(yī)學和腫瘤治療領域的發(fā)展。

強磁場中心博士后Sajid ur Rehman、健康所博士后孔帥、強磁場中心博士研究生張靜為共同第一作者，強磁場中心王俊峰研究員、馬坤副研究員及健康所蔣遠副研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了科技部外國青年專家計劃、國家自然科學基金、科技部重大專項、中國科學院合肥物質院院長基金等的支持。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c04147?ref=pdf

圖1:生物型MOF BSA@ZIF-8結構狀態(tài)的透射電鏡圖

圖2:展示了用于靶向藥物輸送的 BSA 籠狀 MOF 的創(chuàng)建過程。封裝的化療藥物DOX在酸性微環(huán)境中被策略性地釋放，從而誘導惡性細胞凋亡。

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網址: 科學島團隊在生物型金屬有機框架材料研究中取得新進展 http://www.u1s5d6.cn/newsview336676.html