纳米杂交技术：一种用于修复错误折叠蛋白质的水友好型治疗工具

《ACS Nanoscience Au》：Nanohybridization as a Route to a Water-Friendly Therapeutic Tool for Rescuing Misfolded Proteins

蛋白折叠校正剂C4和C17通过自组装水合反应固定于磁铁矿纳米颗粒（SAMN）表面，形成高负载量（约150 mg/g）且化学稳定的核壳纳米复合物。计算表明有机层诱导长程极化，增强纳米颗粒水溶性和稳定性。体外实验证实SAMN@C17能显著恢复突变α- sarcoglycan蛋白表达，且无细胞毒性。该技术为蛋白错误折叠相关疾病（如囊性纤维化、Brody肌病）提供新型纳米递送系统。

　　本研究探讨了一种新型的纳米载体系统，用于递送治疗蛋白质错误折叠的药物。蛋白质错误折叠是多种严重疾病的重要诱因，如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、克雅氏病以及许多其他退行性和神经退行性疾病。尽管已有多种蛋白质折叠修复剂被开发并测试，但它们在靶向部位的递送效率通常不足。为此，研究人员通过自组装湿反应方法，将两种CFTR修复剂（C4和C17）固定在表面活性磁赤铁矿纳米颗粒（SAMNs）上，构建了具有核心-壳结构的磁性纳米杂化物。该纳米杂化物表现出高载药量和良好的水化学稳定性，同时其表面的长程极化现象也得到了计算研究的验证，表明其在细胞应用中的良好分散性，与修复剂的疏水性质形成对比。

在生物医学领域，蛋白质的正确折叠对于其发挥正常的生物学功能至关重要。蛋白质的折叠过程受到其氨基酸序列和局部细胞环境的调控，而错误折叠可能导致蛋白质聚集或提前降解，进而引发细胞毒性。对于某些疾病，如囊性纤维化和肌营养不良症，错误折叠的蛋白质往往被细胞质量控制机制识别，并通过泛素-蛋白酶体系统或自噬途径进行降解，从而减少其在细胞内的功能表达。然而，传统药物在靶向递送过程中常因疏水性而面临困难，这限制了其在细胞内的有效作用。

为了解决这一问题，研究人员利用SAMNs的物理和化学特性，开发了一种新的自组装方法，以实现对C4和C17这两种CFTR修复剂的高效固定。DMSO（二甲基亚砜）被用作溶剂，它不仅能够稳定有机分子和金属氧化物纳米颗粒，还能促进纳米杂化物的形成。通过调整DMSO与水的比例，研究人员优化了药物的负载效率。结果显示，C4和C17的负载量分别达到了150 mg/g，表明该方法具有较高的药物递送能力。

为了进一步验证纳米杂化物的形成及其对药物的负载情况，研究人员采用了多种表征手段。紫外-可见（UV-Vis）光谱分析表明，C4和C17在50%和20%的DMSO溶剂中分别表现出特定的吸收峰，其摩尔消光系数分别为2.6×10^4 M^-1和2.8×10^4 M^-1。此外，热重分析（TGA）和超导量子干涉装置（SQUID）的数据显示，纳米杂化物具有良好的稳定性，表明其在生物应用中的可靠性。透射电子显微镜（TEM）图像则显示，SAMN@C4和SAMN@C17呈现出核心-壳结构，表明药物成功地被包覆在纳米颗粒表面。

通过动态光散射（DLS）测量，研究人员评估了纳米杂化物的水动力体积。结果显示，裸露的SAMNs的水动力直径约为90±8 nm，而SAMN@C4和SAMN@C17的水动力直径分别增加至300±20 nm和330±30 nm，表明药物在纳米颗粒表面形成了较厚的有机层。此外，Zeta电位的测定进一步支持了纳米杂化物的稳定性，其中SAMN@C17表现出较高的Zeta电位，有助于其在细胞内的分散性。

为了深入了解纳米颗粒与修复剂之间的相互作用，研究人员采用傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析。结果显示，SAMN@C4和SAMN@C17的红外光谱中，酰胺基团的振动特征发生了显著变化，表明这些修复剂与纳米颗粒表面的铁（III）位点发生了配位作用。计算研究进一步揭示了纳米颗粒与修复剂之间的电子重分布现象，这种重分布影响了修复剂的静电势，使其在有机壳层中形成长程极化，从而增强了其在细胞内的稳定性。

此外，研究人员通过计算模拟方法，对纳米颗粒与修复剂之间的相互作用进行了深入分析。采用密度泛函理论（DFT）模型，研究了铁氧化物簇与C4和C17之间的电子结构变化。结果表明，纳米颗粒与修复剂之间的相互作用不仅影响了其化学性质，还改变了其在细胞内的行为。通过体外实验，研究人员验证了SAMN@C17在HEK293细胞中的作用，这些细胞稳定表达了一种突变的α-肌营养不良蛋白（V247M）。实验结果显示，SAMN@C17能够显著提高该突变蛋白的表达水平，同时没有表现出细胞毒性，表明其在细胞内的有效性和安全性。

综上所述，本研究提出了一种新型的纳米载体系统，能够有效递送CFTR修复剂，并在细胞内实现其生物学功能。这种系统不仅提高了药物的载药量和稳定性，还通过其内在的光学和磁性特性，为细胞追踪和药物递送提供了新的工具。未来的研究可以进一步探讨这种纳米载体在动物模型中的生物分布、药代动力学、毒性和治疗效果，以评估其在临床应用中的潜力。这一成果为下一代纳米医学和纳米设备的发展提供了新的思路，并为治疗由蛋白质错误折叠引起的多种疾病提供了新的方法。