原位检测复杂环境中的蛋白质冠

【前言】

胶体纳米粒子（NPs）在体内可能经历剧烈的变化，例如1.在血液循环中的蛋白质电晕。蛋白质电晕动态形成的发展已通过质谱或其他技术广泛研究。这样的测量已经在诸如血液的相关解决方案中进行，然而，这需要提取NP和去除未结合的过量蛋白质，导致平衡的丧失。另外，蛋白质电晕形成可以通过测量NPs流体动力学半径的相关增加和扩散系数的减小来观察。如果只有蛋白质NP复合物，但没有游离蛋白质，进行扩散系数测量，蛋白质电晕的形成可以原位定量，而不去除过量的蛋白质。几种光学方法，如荧光相关光谱学（FCS）或去极化动态光散射（DDLS），已经建立了基于扩散系数测量的原位定量。然而，在诸如血液或甚至组织的复杂介质中，光学检测遭受光散射。更何况，体内的电晕不能被血液中形成的电晕等完全仿效。因此，需要在复杂的介质中，即最终在体内进行原位检测。

【成果简介】

在这项研究中，我们提出了一个非光学方法来确定在复杂的介质中蛋白质电晕形成。纳米颗粒用19F标记，其扩散系数用19F扩散核磁共振（NMR）光谱测量，记录扩散有序核磁共振波谱（DOSY）实验。NMR早已被用于蛋白质的结构研究。然而，在这里我们建议使用19F扩散核磁共振观察水动力的变化在溶液中以及在复杂的介质如血液中吸附蛋白质时NPs的半径。

【图文导读】

图1用HSA或aTR修饰的氟化NP的尺寸测量。 从左到右分别为NP-F / COOH，NP-F / NH₂和NP-NH₂ / PMA三种19F-标记的NPs。b与增加数量的HSA分子（NHSA / NP）共价结合的NP-F / COOH的流体力学半径rh的平均值±标准偏差（来自至少两次测量）。c与增加数量的aTR分子（NaTR / NP）共价结合的NP-F / COOH的流体力学半径rh的平均值±标准偏差。

图2 存在HSA时的尺寸增加。在存在递增浓度的在PBS中的cHSA的情况下三种类型的NP在原位（即，在与溶液中存在的过量蛋白质的平衡下）测量的流体力学半径rh±标准偏差，在NP-F / NH₂ @ PMA的情况下基于Hill模型进行拟合，NP-F / NH₂ @ PMA是唯一由于蛋白质吸附而增大的NP型。在NP-F / NH₂和NPF / COOH的情况下，没有观察到在流体动力学半径没有显着变化方面的蛋白质吸附。

图3 不同介质的尺寸测量流体力学半径rh±标准偏差，测量的三种类型的NP：在水中，水性缓冲液（HEPES或PBS）中，在HSA存在下（在饱和条件下），在分离的血浆中和血液。

【全文总结】

19F扩散核磁共振介导的流体力学半径的测量允许在复杂的环境中原位表征纳米粒子。这已经通过定量NPs表面上的蛋白质吸附来证明，这由流体动力学半径的增加来确定。然而，对于诸如PEG的软涂层，由于涂层可压缩性可能难以评估蛋白质相互作用，这可能不会导致rh增加。该方法不是基于光学的，因此也可以在混浊的环境中使用，例如在细胞的存在下。尽管需要解决几个障碍，但所提出的方法原则上可以提供测量体内NP的流体动力学半径的机会。实现这一愿望将是理解NPs给药后体内发生的重要步骤。

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www.nature.com/naturecommunications