人源磁性铁蛋白纳米颗粒是一种具有重要生物医学应用价值的超顺磁性纳米材料。利用基因工程重组的人铁蛋白H亚基是模板仿生矿化合成的纳米颗粒，具有分散性好、粒径均一、磁性强、生物相容性好等特点，尤其是它们还具有天然的肿瘤靶向性、过氧化物酶活性等功能。前期研究发现，人源磁性铁蛋白在肿瘤的核磁影像和病理分析中可实现高灵敏成像或染色，在生物医学领域已显示出巨大的应用潜力。
如何通过优化磁性铁蛋白仿生合成，提高其医学应用价值，一直是磁性铁蛋白生物矿化研究的重要课题之一。最近，中国科学院地质与地球物理研究所中-法生物矿化与纳米结构联合实验室潘永信研究组工程师张同伟、博士研究生杨彩云等在优化人源磁性铁蛋白合成研究中取得了进展。针对铁蛋白壳内径尺寸制约内核粒径的问题，他们通过合成具有掺钴磁铁矿内核的磁性铁蛋白(M-HFn-CoxFe3–xO4)，显著地提高了合成的人源磁性铁蛋白的过氧化物酶的催化活性，提升了磁性铁蛋白在肿瘤病理切片染色方面的性能（图1）。他们发现仿生矿化体系中按60%的比例加入钴元素，合成的磁性铁蛋白过氧化物酶催化活性最高，可达到普通磁性铁蛋白的2.7倍，大大提高了对胰腺癌等多种肿瘤病理切片的染色诊断效率。
铁蛋白壳是合成磁性铁蛋白的纳米反应器，改良铁蛋白本身性能是优化其仿生合成产物的重要途径。通过大量的实验研究，他们成功实现对铁蛋白外壳进行聚乙二醇（PEG）修饰，构建了新的功能化纳米反应器。他们还发现PEG化修饰能够显著提高铁蛋白壳的热稳定性，增强了磁性铁蛋白在高温条件下的适用性。另外，使用PEG化修饰的铁蛋白所合成的磁性铁蛋白，其饱和磁化强度、矫顽力、横向弛豫率等性能均得到明显提高（图2）。上述针对磁性铁蛋白纳米材料性能的改进，改善了人源磁性铁蛋白的部分性能，为该材料在生物医学领域的应用奠定了基础。
以上研究成果近期分别发表在国际期刊《纳米技术》(Zhang et al. Enhanced peroxidase activity and tumourtissue visualization by cobalt-dopedmagnetoferritin nanoparticles, Nanotechnology, 2017, 28, 045704) 和《纳米粒子研究杂志》(Yang et al. Effects of PEGylation on biomimetic synthesis of magnetoferritin nanoparticles. Journal of Nanoparticle Research, 2017, 19, 101-DOI:10.1007/s11051-017-3805-y )上。
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图1 不同掺钴比例的磁性铁蛋白 (M-HFn-CoxFe3–xO4) 过氧化物酶活性分析。(a)：以TMB为显色底物；(b)：以DAB为显色底物；(c)：矿化体系中60%的掺钴比例显著增强磁性铁蛋白过氧化物酶活性
图2 不同分子量（a,b）和不同比例（c,d）PEG化磁性铁蛋白纳米颗粒的纵向弛豫率（a,c）和横向弛豫率（b,d）分析
