Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Wang Junfeng vom Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat eine neuartige hitzeempfindliche Ferritin-Mutante entwickelt und eine einfache und effiziente Beladung mit dem Chemotherapeutikum Doxorubicin realisiert.
Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle am 18. September.
Menschliches Ferritin bildet selbst einen stabilen Nanokäfig. Seine Nanokäfigform und seine natürlichen Targeting-Fähigkeiten wurden zum Laden medizinischer Verbindungen, bildgebender Mittel, Nukleinsäuren usw. genutzt. Es wurde auch zur Diagnose und Behandlung verschiedener Krankheiten eingesetzt.
Aktuelle Techniken zur Wirkstoffbeladung für Ferritin sind jedoch komplex und erfordern strenge Reaktionsbedingungen, einschließlich hoher Temperaturen und starker Säuren/Basen. Die auf Ferritin basierende Nanomedizin weist begrenzte Wirkstoffbeladungs- und Proteinrückgewinnungsraten auf, was ihren klinischen Einsatz einschränkt.
In dieser Studie sagte das Forschungsteam durch eine eingehende Analyse der acht hydrophilen Dreiphasenkanäle und sechs hydrophoben Tetraphasenkanäle der Ferritinoberfläche die Korrelation zwischen der Vierphasenkanalstrukturdomäne von Ferritin und seiner Wärmeempfindlichkeit voraus.
Basierend auf dieser Entdeckung entwickelten sie Ecut-HFn, einen einzigartigen und hoch hitzeempfindlichen Ferritin-Mutanten, und erreichten mit Hilfe von Kupferionen eine einstufige Wirkstoffbeladung bei niedrigen Temperaturen (45 °C).
„Der Einsatz dieser neuen Ferritin-basierten Medikamentenbeladungsstrategie bietet verschiedene Vorteile“, sagte Ma Kun, Mitglied des Teams.
Einerseits erforderte der gesamte Verkapselungsprozess weder Säure-/Base-Reagenzien noch eine Hochtemperaturbehandlung, was ihn umweltfreundlich macht. Es eignete sich zum Laden biologisch aktiver Verbindungen, die empfindlich auf Säure/Base und Hochtemperaturbedingungen reagieren.
Andererseits blieb die schalenartige Struktur von Ferritin während des gesamten Prozesses intakt, und es war nahezu kein Proteinabbau erforderlich. Dies ermöglichte hohe Proteinrückgewinnungsraten und bewahrte die natürliche Tumor-Targeting-Fähigkeit von Ferritin.
„Darüber hinaus gab es eine deutliche Verbesserung der Wirkstoffbeladungseffizienz“, sagte Ma.
Mehr Informationen:
Haining Xia et al., Hitzeempfindliche E-Helix geschnittene Ferritin-Nanokäfige für eine einfache und hocheffiziente Beladung mit Doxorubicin, Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküle (2023). DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.126973