基于蛋白质的分子印迹技术：明胶纳米陷阱在炎症细胞模型中捕获白细胞介素 - 6 的研究

研究人员利用明胶甲基丙烯酰（GelMA）制备纳米陷阱捕获白细胞介素 - 6（IL-6），为炎症治疗提供新策略。

　　在生物医学领域，炎症相关疾病一直是研究的重点。白细胞介素 - 6（IL-6）作为一种多功能细胞因子，在炎症反应中扮演着关键角色。当身体遭受病原体入侵或组织损伤时，巨噬细胞、树突状细胞和 T 细胞等多种免疫细胞会分泌 IL-6。在一些严重疾病，如败血症中，IL-6 水平会显著升高，并且它还与急性炎症向慢性炎症的转变密切相关。因此，精准调控 IL-6 水平成为缓解炎症、治疗相关疾病的关键。

目前，临床上常用单克隆抗体（MAbs）来靶向 IL-6 信号通路，但长期临床试验发现其存在一些不良事件。其他替代策略，如工程蛋白（Alphabodies、Repebodies ）或化学合成的纳米陷阱，也未能完全解决问题。此外，传统用于制备分子印迹聚合物纳米颗粒（nanoMIPs）的聚丙烯酰胺，由于其降解性有限，在体内可留存约 8 - 10 年，且降解副产物可能具有潜在毒性，这使得当前 nanoMIPs 在临床应用中的转化面临巨大挑战。

为了突破这些困境，来自意大利维罗纳大学（University of Verona）和特伦托大学（University of Trento）等机构的研究人员展开了深入研究。他们利用基于蛋白质的分子印迹技术，以明胶甲基丙烯酰（GelMA）为原料制备纳米陷阱，旨在高效捕获 IL-6，为炎症治疗开辟新的途径。相关研究成果发表在《TRENDS IN Biotechnology》上。

研究人员在此次研究中用到了多种关键技术方法。首先是分子印迹技术（Molecular Imprinting Technology），这是一种通过模板辅助合成在材料中构建选择性结合位点的技术。研究人员利用该技术，以特定的 IL-6 肽段为模板，在 GelMA 中构建出对 IL-6 具有特异性识别能力的结合位点。其次是动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）技术，用于测定纳米颗粒的粒径分布和多分散指数，以此来评估 GelMA 纳米颗粒（GelMA NPs）和纳米陷阱的物理性质。还有圆二色谱（Circular Dichroism，CD）技术，通过该技术研究蛋白质的二级结构，从而判断纳米陷阱的结构特征。

下面来看具体的研究结果：

1. GelMA 纳米颗粒的制备条件：研究人员通过实验数据与响应面法（Response Surface Method，RSM）模型相结合，确定了制备均一 GelMA NPs 的条件。在 pH 为 5.5 - 8.3 的范围内，使用 0.3% w/v 的 GelMA 在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中，添加 0.02% w/v 的光引发剂锂苯基 - 2,4,6 - 三甲基苯甲酰膦酸酯（LAP），通过光交联反应，成功制备出了多分散指数（PDI）≤0.3、平均直径为 70 - 110nm 的 GelMA NPs。此外，研究还发现，GelMA NPs 在溶液中可稳定存在 96h，通过聚乙二醇（PEG）修饰，其在溶液中的稳定性可延长至 288h。
2. IL-6 GelMA 纳米陷阱的制备与特性：研究人员采用表位印迹策略，选择 IL-6 C 末端的 13 肽（EFLQSSLRALRQM）作为模板，制备了对 IL-6 具有特异性识别能力的 GelMA 纳米陷阱。该纳米陷阱平均流体动力学尺寸为 86 - 92nm，PDI≤0.24，结构为无规卷曲，呈无序蛋白超组装体状态。结合实验表明，纳米陷阱对 IL-6 C 末端肽具有纳米摩尔级的亲和力，其表观解离常数（K_Dapp）为 16.31±1.84nM，每个纳米陷阱上 IL-6 C 末端肽的结合位点约为 4 个，完整 IL-6 的结合位点约为 6 个。竞争实验证明了纳米陷阱对 IL-6 的高度选择性，无论是在肽水平还是蛋白质水平，都能有效区分 IL-6 与其他无关肽或蛋白质。
3. 纳米陷阱的储存、重构和酶促降解：纳米陷阱经冷冻干燥后，在 - 20°C 下储存 6 个月，重新水化后，其粒径和 PDI 与新鲜制备的纳米陷阱相似，这表明冷冻干燥不会影响纳米陷阱的性质，有利于其长期储存。同时，纳米陷阱在胰蛋白酶或蛋白酶 K 的作用下可发生酶促降解，这为其在体内的清除提供了可能的生物学途径。
4. IL-6 纳米陷阱在细胞炎症模型中的作用：研究人员以人白血病单核细胞 THP-1 细胞系为模型，评估纳米陷阱的免疫调节作用。实验结果显示，纳米陷阱与 THP-1 细胞具有良好的生物相容性，在共孵育过程中，细胞的存活率不受影响，且未观察到纳米陷阱被细胞摄取的现象。在炎症模型中，脂多糖（LPS）刺激可使 THP-1 细胞分泌 IL-6，而纳米陷阱能够有效捕获 IL-6，显著降低细胞培养上清液中的 IL-6 水平，且呈现出剂量依赖性关系。同时，纳米陷阱对 IL-6 具有高度选择性，与其他细胞因子（IL-8 和肿瘤坏死因子 -α，TNF-α）相比，仅 IL-6 的水平明显降低。

综合研究结论和讨论部分的内容，此次研究成功设计出了基于 GelMA 的分子印迹纳米陷阱，该纳米陷阱能够特异性识别并有效捕获 IL-6。这一成果不仅为炎症治疗提供了一种潜在的新型策略，还为蛋白质基生物材料在分子印迹技术中的应用开辟了新的道路。与传统的治疗方法相比，这种基于蛋白质的纳米陷阱具有生物相容性好、可生物降解等优势，有望成为更安全、更有效的治疗手段。此外，研究还表明，通过选择不同的蛋白质构建块，可以制备出具有不同降解特性的纳米陷阱，以满足不同的临床需求。这一研究成果为未来开发更多基于蛋白质的生物材料和分子印迹技术在生物医学领域的应用奠定了坚实的基础，具有重要的科学意义和临床应用前景。