来源：Biomaterials

研究内容简介

图1. 加热触发HBc纳米颗粒装载IR780的示意图（上），以及HBc-IR780在808nm激光照射下用于肿瘤光热/光动联合治疗（下）。

病毒样颗粒（Virus like particles，VLPs）具有直径从十几到上百纳米的内部腔体，是一类高效的药物递送平台。然而，药物在这类纳米笼中的装载往往依赖于复杂的去组装-重组装过程。IR780是一种脂溶性小分子近红外染料，用作肿瘤光疗剂存在水溶性差、极易发生光降解的难点。本文以可耐受温度高达90℃的乙肝核心蛋白病毒样颗粒（HBc-VLP）为载体，利用HBc-VLP亚基间孔道在高温下可以发生孔道膨胀的特性，构建了一种快速、高效的方法装载光学稳定性极差的IR780。

图2. 不同离子强度和HBc/IR780比例条件下，HBc包埋IR780 的动力学机制和 实验现象。

研究结 果表明，IR780在进入HBc腔内的过程包括附着-分离-扩散三个步骤(attaching-dis-atching-diffusing)（图2）。前两步与带有相反电荷的HBc和IR780之间的静电相互作用有关，静电相互作用的强弱则受到离子强度和HBc/IR780质量比的控制；而IR780在HBc外壳上的扩散表现出温度依赖性，这可通过热诱导HBc衣壳开孔来触发。在优化的条件下，HBc和IR780通过简单混合后在60℃水浴处理10 min，每个HBc能包埋约1055个IR780分子。

图3. 注射IR780和HBc-IR780后不同时间（a）活体近红外荧光图像和(b)肿瘤荧光强度的半定量分析；(c, d, e) 注射IR780、HBc-IR780后72h离体主要器官和肿瘤的近红外荧光图像及荧光信号的半定量分析；（f）激光治疗过程中小鼠的体内光热成像图和（g）肿瘤部位温度变化曲线。

体外和体内实验表明，与游离IR780相比，HBc-IR780颗粒表现出显著提高的分散稳定性和光学稳定性，且能够快速富集并较长时间停留在肿瘤部位，光热成像数据显示经尾静脉注射HBc-IR780 组小鼠的肿瘤温度迅速上升，在5 min时达到60.06℃，这一值甚至高于通过瘤内注射游离IR780的温度(57.5℃) （图3），从而增强了肿瘤光热/光动力治疗（图4）。

图4.（a）经不 同药物治疗2周后的荷瘤小鼠；（b）不同治疗组荷瘤小鼠给药2周后肿瘤组织的H&E染色；（c）不同治疗组小鼠的相对肿瘤体积变化曲线和（d）体重变化曲线。

图5.（a）HBc-IR780冻干粉和在磷酸缓冲液中重悬液图片；（b, c）HBc-IR780重悬在磷酸缓冲液后的TEM图和DLS粒径分散检测；HBc-IR780冻干粉复溶 液与新鲜制备的HBc-IR780的（d）光热活性与（e）光动力活性检测。

此外，所制备的HBc-IR780还可以以冻干制剂的形式进行存储。如图5所示，HBc-IR780冻干粉可以重悬于缓冲液中，与新鲜制备的HBc-IR780相比，粒径、形貌、光热和光动性能均 得到良好的保持。将进一步有利于其在肿瘤光疗中的长期保存和实际应用。

综上，本文首次利用热装载法将亲脂性的IR780快速装载在HBc-VLP蛋白颗粒内，并分析了IR780和HBc表面电荷、亲疏水性、以及HBc加热过程中亚基间孔道结构的变化规律，这一研究为肿瘤光学治疗提供了一种新型载药策略和纳米药物。论文第一作者为 中国科学院过程工程研究所与四川大学联合培养的博士生卢凤英，中科院过程工程研究所张松平研究员和四川大学余蓉教授为该文章的通讯作者。

课题组简介

中科院过程工程研究所张松平研究员：博导，1977年出生，先后于1998年和2002年获得天津大学应用化学专业学士学位和生物化工专业博士学位。2002-2004年瑞典Lund大学化学中心从事博士后研究。2005年1月加入中科院过程工程研究所生化工程国家重点实验室。研究方向着重于解决生物活性大分子（包括药用蛋白质、疫苗抗原、生物酶等）在纯化制备和应用过程中的结构稳定和活性保持问题。迄今已在ACS Nano、Adv Func Materials、ACS Catalysis、J Virology、J Chromatogr A等国际知名期刊发表论文120余篇，申请发明专利30余项（转让/实施7项），多项技术成果在生物医药催化合成、疫苗研发和生产中获得实施应用。建立的灭活口蹄疫病毒抗原含量快速、定量检测技术，被国家农业部推荐为试行检测标准在疫苗生产企业应用。被聘为国家农业部第7届兽药评审专家，生物化工领域重要期刊《J Chromatogr A》Guest Editor和编委，Biochem Engin J和Biotechnology Notes编委，日本群马大学客座教授。

四川大学余蓉教授 ：博导，研究领域：生物技术与生物新药，研究方向：1.生物大分子药物（蛋白质/酶）的合理化设计及其机理研究。2.基因工程药物的研究。3.天然生化药物（包括微生物药物）的研究。四川大学华西药学院生物技术药物学系主任，为四川省有突出贡献的优秀专家，四川省卫生厅学术带头人，担任中国药学会生化与生物技术药物专业委员会委员、中国工业生化与分子生物学分会理事、中国生化制药工业协会专家委员会专家，四川省药学会生物药物专业委员会主任委员，还担任《药物生物技术》、《国际生物医学工程杂志》、《药品与食品》、《药学进展》、《中国输血杂志》等专业学术杂志的编委。主编或参编全国高等院校药学专业教材（专著）10余部。为科技部、卫生部、 教育部评审专家以及国家药品监督管理局新药审评专家、国家发改委药品评审专家。获奖情况；四川省有突出贡献的优秀专家 ，四川省卫生厅学术带头人，四川省科技进步一等奖、二等奖各1项和中国医学科学院科技进步三等奖2项(获证书)，四川大学教学一等奖 排名第八 (参与)，四川大学华西药学院卓越教学奖，四川大学第二届“星火校友奖教金”，主编的《生物化学》（中国医药科技出版社）获四川大学优秀教材奖 2018，主编的《生物制药学》（科学出版社）获中国轻工业优秀教材二等奖 2019。

基金资助

该研究得到了国家自然科学基金委 (31970872, 21821005, 21973097)的资助。

论文信息 Paper information Fengying Lu, Zhengjun Li, Yanan Sheng, Yanyan Ma, Yanli Yang, Ying Ren, Zhiguo Su, Rong Yu*, Songping Zhang*. Thermal-triggered Packing of Lipophilic NIR Dye IR780 in Hepatitis B Core at Critical Ionic Strength and Cargo-host Ratio for Improved Stability and Enhanced Cancer Phototherapy. Biomaterials 2021, 121035.