工程师设计纳米颗粒以追踪其中的细胞和相互作用

这里显示的是铁蛋白蛋白复合物。麻省理工学院的研究人员正在使用蛋白质工程技术来增强蛋白质的磁性以追踪细胞。插图：荷西·路易斯·奥利瓦雷斯（Jose-Luis Olivares）/麻省理工学院（铁蛋白插图由Wikimedia提供）

麻省理工学院的工程师开发了新的蛋白质纳米颗粒，使科学家能够追踪细胞及其内部的相互作用。

麻省理工学院的工程师设计了磁性蛋白质纳米颗粒，可用于跟踪细胞或监测细胞内的相互作用。今天在《自然通讯》中描述的这种颗粒是天然存在的弱磁性蛋白质铁蛋白的增强版本。

“铁蛋白与生物学使我们接近一种天然磁性的蛋白质纳米粒子，实际上并没有磁性。这就是本文要解决的问题，”麻省理工学院生物工程学教授，该论文的资深作者艾伦·贾萨诺夫（Alan Jasanoff）说。“我们使用蛋白质工程学的工具来尝试增强这种蛋白质的磁性。”

新的“超磁性”蛋白质纳米颗粒可以在细胞内产生，从而可以使用磁性技术对细胞进行成像或分选。这消除了用合成颗粒标记细胞的需求，并使颗粒可以感知细胞内的其他分子。

该论文的主要作者是前麻省理工学院的研究生松本尤里（Yuri Matsumoto）。其他作者是研究生Ritchie Chen和材料科学与工程学助理教授Polina Anikeeva。

磁力拉

先前的研究已经产生了用于成像或跟踪细胞的合成磁性颗粒，但是可能很难将这些颗粒传递到靶细胞中。

在这项新研究中，Jasanoff及其同事着手创建经过遗传编码的磁性粒子。通过这种方法，研究人员将磁性蛋白质的基因传递到靶细胞中，促使它们开始自行产生蛋白质。

麻省理工学院麦戈文研究所（McGovern Institute）的会员之一贾桑诺夫（Jasanoff）说：“我们要做的只是引入一个编码这种蛋白质的基因，而不是在实验室中真正制造出纳米粒子并将其附着到细胞上或将其注射到细胞中。”脑研究。

作为研究的起点，研究人员使用了铁蛋白，它携带着每个细胞都需要的铁原子，作为代谢酶的组成部分。为了产生更具磁性的铁蛋白，研究人员创造了约一千万种变体，并在酵母细胞中对其进行了测试。

经过一轮又一轮的筛选，研究人员使用了最有前途的候选物之一来创建一种磁性传感器，该传感器由增强的铁蛋白组成，该蛋白经过修饰，并与另一种称为链霉亲和素的蛋白结合。这使他们能够检测在酵母细胞中是否存在抗生蛋白链菌素。但是，也可以针对其他交互量身定制该方法。

美国国家神经疾病和中风研究所的高级研究员艾伦·科雷茨基说，这种突变的蛋白质似乎已经成功克服了天然铁蛋白的主要缺点之一，那就是很难加载铁。

“能够为MRI制作更多的磁性指示剂真是太棒了，这是朝着使这种类型的指示器更坚固的方向迈出的重要一步，”不属于研究团队的Koretsky说。

感应细胞信号

由于工程铁蛋白是基因编码的，因此可以在经过编程的细胞中制造它们，使其仅在某些情况下才响应，例如，当细胞接收到某种外部信号时，发生趋向时或分化为另一种类型的信号时。细胞。研究人员可以使用磁共振成像（MRI）来跟踪这种活动，从而可能使他们观察神经元之间的交流，免疫细胞的激活或干细胞分化等现象。

Jasanoff说，这样的传感器也可以用来监测干细胞疗法的有效性。

他说：“随着干细胞疗法的发展，必须有无创工具来使您能够测量它们。”如果没有这种监视，将很难确定治疗效果如何，或者为什么治疗无效。

研究人员正在致力于使磁传感器适应哺乳动物细胞的工作。他们还试图使工程铁蛋白具有更强的磁性。

出版物：Yuri Matsumoto等人，“通过磁性蛋白工程化细胞内的生物矿化和生物传感”，《自然通讯》第6期，文章编号：8721; doi：10.1038 / ncomms9721