CN101677966A - 蛋白质改性的纳米滴、组合物和制备方法 - Google Patents

蛋白质改性的纳米滴、组合物和制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101677966A
CN101677966A CN200880014491A CN200880014491A CN101677966A CN 101677966 A CN101677966 A CN 101677966A CN 200880014491 A CN200880014491 A CN 200880014491A CN 200880014491 A CN200880014491 A CN 200880014491A CN 101677966 A CN101677966 A CN 101677966A
Authority
CN
China
Prior art keywords
protein
dripping
modified
molecule
oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200880014491A
Other languages
English (en)
Inventor
托马斯·G·马森
克尼尔·B·常
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of California
Original Assignee
University of California
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of California filed Critical University of California
Publication of CN101677966A publication Critical patent/CN101677966A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/51Nanocapsules; Nanoparticles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/51Nanocapsules; Nanoparticles
    • A61K9/5107Excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/5176Compounds of unknown constitution, e.g. material from plants or animals
    • A61K9/5184Virus capsids or envelopes enclosing drugs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/30Macromolecular organic or inorganic compounds, e.g. inorganic polyphosphates
    • A61K47/42Proteins; Polypeptides; Degradation products thereof; Derivatives thereof, e.g. albumin, gelatin or zein
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

一种蛋白质改性的滴,包含含有液体物质的滴和被形成来至少部分包封所述滴的蛋白质结构。所述蛋白质结构包括多个蛋白质分子,所述蛋白质分子在形成所述蛋白质结构的过程中对所述滴的至少一部分具有亲和力,所述滴的最大尺寸为至少约1nm并且小于约1000nm。一种组合物,包括分散在含水溶液中的多个蛋白质改性的滴。

Description

蛋白质改性的纳米滴、组合物和制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年4月18日提交的美国临时申请60/907,824的优先权,该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及纳米滴,更具体地,涉及蛋白质改性的纳米滴和组合物以及制备方法。
背景技术
在本说明书中任何地方提及的所有参考文献(包括文章、公开的专利申请和专利)的内容都通过引用并入本文。
纯病毒衣壳蛋白可以围绕纳米级对象而自组装,(Bancroft,J.B.;Hiebert,E.Formation of an Infectious Nucleoprotein from Protein and Nucleic Acid Isolatedfrom a Small Spherical Virus,Virology 1967,32,354-356;Bancroft,J.B.;Hills,G.J.;Markham,R.A Study of the Self-Assembly Process in a Small Spherical Virus.Formation of Organized Structures from Protein Subunits in Vitro.Virology 1967,31,354-379;Hiebert,E.;Bancroft,J.B.;Bracker,C.E.The Assembly in Vitro of SomeSmall Spherical Viruses,Hybrid Viruses,and Other Nucleoproteins,Virology 1968,34,492-508),通过称为“包封”的方法将纳米级对象包封在蛋白质外壳中。(Douglas,T.;Strable,E.;Willits,D.;Aitouchen,A.;Libera,M.;Young,M.ProteinEngineering of a Viral Cage for Constrained Nanomaterials Synthesis,Adv.Mater.2002,14,415-418;Douglas,T.;Young,M.Host-Guest Encapsulation of Materials byAssembled Virus Protein Cages,Nature 1998,393,152-155;Douglas,T.;Young,M.Virus Particles as Templates for Materials Synthesis,Adv.Mater.1999,11,679-681;Dragnea,B.;Chen,C.;Kwak,E.S.;Stein,B.;Kao,C.C.Gold Nanoparticles asSpectroscopic Enhancers for in Vitro Studies on Single Viruses,J.Am.Chem.Soc.2003,125,6374-6375)。
通过展示病毒蛋白质,壳体化的(encapsidated)纳米物质可以潜在地被赋予所希望的病毒功能性:在特定组织中的优先定位,这可以用于细胞靶向(Uchida,M.;Klem,M.T.;Allen,M.;Suci,P.;Flenniken,M.;Gillitzer,E.;Varpness,Z.;Liepold,L.O.;Young,M.;Douglas,T.Biological Containers:Protein Cages as MultifunctionalNanoplatforms,Adv.Mater.2007,19,1025-1042)。在壳体化的典型论证中,通过将纯衣壳蛋白质与纯RNA组合并且透析以改变pH和离子强度,在体外组装有传染性的病毒(Bancroft,J.B.;Hiebert,E.Virology 1967,32,354-356)。类似地,合成聚合物(Bancroft,J.B.;Hiebert,E.;Bracker,C.E.The Eifects of VariousPolyanions on Shell Formation of Some Spherical Viruses,Virology 1969,39,924-930)、对位多金属氧酸盐颗粒(Douglas,T.;Young,M.Host-GuestEncapsulation of Materials by Assembled Virus Protein Cages,Nature 1998,393,152-155)、固体金纳米晶体(Dragnea,B.;Chen,C.;Kwak,E.S.;Stein,B.;Kao,C.C.Gold Nanoparticles as Spectroscopic Enhancers for in Vitro Studies on SingleViruses,J.Am.Chem.Soc.2003,125,6374-6375;Chen,C.;Daniel,M.C.;Quinkert,Z.T.;De,M.;Stein,B.;Bowman,V.D.;Chipman,P.R.;Rotello,V.M.;Kao,C.C.;Dragnea,B.Nanoparticle-Templated Assembly of Viral Protein Cages,Nano Lett.2006,6,611-615;Sun,J.;DuFort,C.;Daniel,M.-C.;Murali,A.;Chen,C.;Gopinath,K.;Stein,B.;De,M.;Rotello,V.M.;Holzenburg,A.等人,Core-ControlledPolymorphism in Virus-Like Particles,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2007,104,1354-1359)和量子点(Dixit,S.K.;Goicochea,N.L.;Daniel,M.-C;Murali,A.;Bronstein,L.;De,M.;Stein,B.;Rotello,V.M.;Kao,C.C.;Dragnea,B.QuantumDot Encapsulation in Viral Capsids,Nano Lett.2006,6,1993-1999)已经被壳体化,以产生尺寸类似于天然病毒的病毒样颗粒(VLP)。对于这样的小VLP,电子显微镜表明蛋白质壳由单个亚单元组装,组装方式使人想起胶束形成(McPherson,A.Micelle Formation and Crystaltization as Paradigms for Virus Assembly,BioEssays2005,27,447-458)为具有二十面体病毒特征的有序结构(Zandi,R.;Reguera,D.;Bruinsma,R.F.;Gelbart,W.M.;Rudnick,J.Origin of Icosahedral Symmetry inViruses,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2004,101,15556-15560),包括具有五次和六次对称的突出环状多聚体,或者说“衣壳体”,(Caspar,D.L.;Klug,A.PhysicalPrinciples in the Construction of Regular Viruses,Cold Spring Harb.Symp.Quant.Biol.1962,27,1-24)。但是,现有技术的壳体化材料和技术到目前为止实用性有限。因此仍然需要改进。
发明内容
根据本发明的一个实施方案的蛋白质改性的滴包含:含有液体物质的滴,以及被形成来至少部分包封所述滴的蛋白质结构。所述蛋白质结构包含多个蛋白质分子,所述蛋白质分子在形成所述蛋白质结构的过程中对所述滴的至少一部分具有亲和力,所述滴的最大尺寸为至少约1nm并且小于约1000nm。根据本发明的一个实施方案的组合物包含分散在含水溶液中的多个根据本发明实施方案的蛋白质改性的滴。
根据本发明的一个实施方案的制备蛋白质改性的滴的方法包括:提供第一和第二不相混溶的液体物质;向所述第一和第二不相混溶的液体物质中的至少一种中加入稳定剂;乳化所述第一和第二液体物质以在所述第一液体物质中形成所述第二液体物质的多个滴,所述多个滴通过所述稳定剂稳定化,所述多个滴中的每个滴的最大尺寸为至少约1nm并且小于约100nm;在所述乳化之前或之后的至少一种情况下加入蛋白质分子;以及使蛋白质结构形成来至少部分包封所述多个滴中的每一个。所加入的稳定剂和蛋白质分子属于在稳定剂与滴结合时彼此具有相互静电吸引力的类型。
附图说明
通过参考附图阅读以下的详细描述,将更容易理解本发明,在附图中:
图1为示出根据本发明的一个实施方案的、在水中由阴离子十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂稳定的油滴被纯化的衣壳蛋白壳体化的示意图,所述纯化的衣壳蛋白来自豇豆褪绿斑驳病毒(cowpea chlorotic mottle virus,CCMV)。这是蛋白质改性的滴的一个示例。通过利用透析调节pH和离子强度I,可以诱导本体溶液中的衣壳蛋白在带负电荷的纳米乳滴表面周围聚集和组装。
图2(a)和2(b)示出根据本发明的一个实施方案通过负染色TEM观察到的衣壳蛋白结构。图2(a)示出在用纯化的CCMV蛋白混合和透析SDS稳定的纳米乳液后,单个纳米级滴与pH和NaCl的离子强度I的函数关系。缓冲剂为:RNA-重组装(R)(pH=7.2,I=0.1M);六角形片(H)(pH=6.2,I=0.1M);二聚物(D)(pH=6.2,I=1.0M);多壳(M)(pH=4.8,I=0.1M);以及空壳(E)(pH=4.8,I=1.0M)。插图(右上方):在用R缓冲剂透析后覆盖通过SDS稳定的微米级硅油滴表面的FITC-标记的CCMV蛋白质(绿色)的荧光光学显微照片。图2(b)示出在用M缓冲剂透析后观察到的由1、2和3同心蛋白质壳包裹的纳米滴。比例尺=20nm(所有图片)。
图3示出根据本发明的一个实施方案的所观察到的CCMV蛋白质结构的典型实例与使用RNA-重组装缓冲剂透析后在单个壳体化的油纳米滴的单侧上的滴直径d(斜体数字)的函数关系。TEM图像已经被去除背景并且经过傅立叶过滤,以增强所述滴表面上的蛋白质结构。在尺寸更接近天然病毒尺寸的更小的纳米滴表面上更经常发现完整的蛋白质“衣壳体”(白色环)。环状衣壳体可以局部变换成六重排列(深色圆)。在更大的滴上更常看到扩展的深色槽状“疤”(深色圆)、有缺陷的衣壳体和衣壳蛋白(深色圆)的六角形网状网络。可以被有序衣壳体的完美二十面体所壳体化的纳米滴的容许三角剖分数(triangulation number)T和预计的外径以较低的比例示出。使用d(T)≈28(T/3)1/2估算外径(用nm表示),对于CCMV,符合d=28nm,T=3个病毒。
图4(a)-4(c)示出在纳米滴(由图3中的深色圆放大)表面上观察到的局部蛋白质结构具有不同的有序和无序程度。图4(a)表示六重配位的衣壳体(中心处的点)代表在较小的滴上最常见的高有序程度(左侧)。由被突出的白色区域包围的拉长的深色区域(箭头)组成的槽状疤的示例(中间)。通常在较大的滴上看到的六角形网状结构由被从界面突出的蛋白质的互连白色网络包围的深色斑(点)组成(右侧)。图4(b)示出概率pc和pw分别与在六角形衣壳体的深色区域中心与网络之间的距离r的关系。在网络的深色斑之间的平均间距(4.7nm)大约为衣壳体中心之间的距离(9.5nm)的一半。图4(c)示出网状结构(右侧)可以通过在平坦表面上堆积紧密的蛋白质二聚物(左上)的六角形衣壳体(左侧)来制备。低蛋白质密度的区域在一个六角形单元中用黑色点标出。
具体实施方式
在描述附图中所表示的本发明的实施方案时,为了清楚起见,使用特定的术语。但是,本发明不限定于所选择的特定术语。应当理解,每个具体要素包括以类似方式操作、实现类似目的的所有技术等同物。
根据本发明的一些实施方案,提供一种用于产生被蛋白质改性和/或覆盖的纳米乳滴的方法。在一些实施方案中,所述蛋白质可以有效地提供可以盛装选定物质的胶囊或容器。在本发明的一些实施方案中,这样的容器可以提供药物递送结构。但是本发明的广义构思不仅仅限于药物递送。此外,其中含有液滴的蛋白质胶囊仅是根据本发明实施方案的蛋白质改性的滴的一个示例。例如,蛋白质胶囊可以含有盛装有选定物质的纳米多孔聚合物凝胶颗粒。
在天然病毒中,病毒的病毒外壳蛋白作为保护其内容物的阻挡层,所述内容物即核酸RNA或DNA,是自繁殖(self-propagation)和基因组复制所必需的。病毒具有容易穿透特定细胞的能力,所以本发明的一些实施方案可以包括通过在滴表面上设计病毒外壳的类型将特定药物靶向递送到某些细胞。因此,本发明的一些实施方案可以提供模仿天然病毒的某些方面的胶囊。这在一些实施方案中可以包括提供能够穿透细胞阻挡层并将内容物递送到该细胞中的胶囊。
在一个实施方案中,通过使病毒生长、分解以及将蛋白质与遗传物质(RNA或DNA)分离的标准方法获得了病毒衣壳蛋白。但是,本发明的更广的构思不限于只有这样的技术和这些特定的蛋白质。在一个替代实施方案中,通过病毒RNA的细菌表达可以更大量地获得衣壳蛋白。然后,制备了疏水性油在水中的微米级乳液或纳米级乳液(纳米乳液)。疏水性药物分子容易溶解在油中。但是所述油的分子量不会低到使乳液通过Ostwald熟化而失稳。在油中药物分子的浓度固定,然后使用承载药物的油作为下一步骤的原料,下一步骤即通过剪切乳化制备水包油乳液。在一个实施例中用来制备纳米乳液的极乳化过程涉及使用市售的高压微流体装置。根据本发明的方法,超声波装置和其他方法也可以使用。
根据本发明的各个实施方案,通过几种不同方法可以用病毒蛋白来包封由液体构成的滴,产生病毒蛋白包覆的一种液体的滴在不同的不相混溶液体中的分散体。根据本发明的一些方法包括以下步骤:(1)将希望类型的油加入到病毒衣壳蛋白的水分散体中,同时通过稳定剂(例如表面活性剂、颗粒或聚合物)的类型和浓度来控制所述滴的稳定化,还控制pH值、离子含量(例如盐或缓冲剂的类型)以及离子强度(例如盐或缓冲剂的浓度),并且施加机械剪切等诱导可以引起较大滴分裂成较小滴的流动;(2)将现有的水包油乳液或纳米乳液(通过荷电表面活性剂、颗粒或聚合物稳定化)以合适的pH值、离子含量和离子强度与病毒衣壳蛋白的含水分散体组合,并以不引起滴破坏而是按照惯例分布组分的方式混合;和(3)将现有的水包油乳液或纳米乳液与病毒衣壳蛋白的含水分散体组合,然后使用半透膜透析以改变pH值、离子含量和离子强度,从而导致蛋白质吸附在滴表面上。
所述滴的液体物质可以包括以下物质中的一种或多种:油、硅油、烃油、石油、燃油、蜡、脂肪、氟化油、非挥发油、挥发油、芳香油、源自植物材料的油、源自动物材料的油、源自天然源的油、蒸馏油、提取油、烹调油、食用油、润滑油、组分主要是烃的反应物质、环氧物质、粘合物质、可聚合物质、热致型液晶、溶致型液晶、酸性油、碱性油、中性油、天然油、聚合物油和合成油。
根据本发明的一些实施方案的生物活性剂可以包括但不限于药物分子、抗癌分子、治疗分子、激素分子、激动剂分子、拮抗剂分子、阻抑剂分子、抑制剂分子、敏化剂分子、抗抑郁剂分子、抗病毒剂分子、抗真菌剂分子、抗菌剂分子、生物利用度增强剂分子、毒素分子、染料分子、荧光剂分子、生物分子、营养剂、维生素、香料、酶、纳米颗粒和成像对比增强剂。
可以加入表面活性剂,例如带负电荷的十二烷基硫酸钠,来赋予乳滴稳定性,防止在通过流动诱导破裂将较大滴破裂成较小滴之后乳滴在后续合并。作为替代方案,工业混合器、混料器、胶体磨或流动-聚焦微流体装置可以用来产生含有药物分子的油的乳液或纳米乳液。极端流动的现有方法能够产生小到半径约5-10nm的滴,使得只有非常小量的药物分子可以在给定的滴中。这些更小的纳米滴本身可以比通过孔的增强的扩散和渗透而更容易穿透细胞膜和肠粘膜,并且病毒外壳赋予它们通过细胞摄取的蛋白质引发而穿过膜的坚固、活性的方式。由于在本发明的一些实施方案中所述滴可以大量制备,所以病毒蛋白常常是限制成分,常常不用存在的蛋白质来乳化,尽管在本发明的一些实施方案中可以这么做。替代地,在本发明的一个实施方案中,获得所述滴、稀释所述滴并固定表面活性剂浓度,然后加入分解的病毒衣壳蛋白。然后通过改变溶液的离子强度和/或pH值,可以使得蛋白质被吸引到滴表面上并在所述滴上组装外壳。在一些实施方案中,使用阴离子表面活性剂来稳定所述滴,这使得所述滴在其表面上具有负电荷。这模仿RNA和DNA,它们在溶解状态下也是带负电荷的。然后,加入分解的衣壳蛋白并改变溶液的离子强度和pH值,以使得病毒外壳形成在滴的表面上。为了说明这一原理,使用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和得自豇豆褪绿斑驳病毒(CCMV)(一种植物病毒)的衣壳蛋白所包覆的硅氧烷纳米乳液进行纳米滴的第一病毒包封实验。在该实施例中没有加入特定的药物分子。在其他实施例中,将其他油溶性分子加入到我们的纳米滴中,例如荧光染料。我们的透射电子显微镜图像表示病毒蛋白在滴表面上成功组装。可以优化pH值和离子强度,以便完全包覆所述滴而不会导致形成空的病毒壳。这些空壳浪费蛋白质,因此它们通常是不希望的。在某些组成和组装的条件下,还观察到若干内部滴可以包封在围绕它们形成的一个蛋白质外壳内。总之,我们描述了可以用来产生被病毒蛋白包覆的非常宽范围尺寸的乳滴和纳米乳滴的方法,并且可以具有增强的引发快速穿透、靶向和递送的能力。在一些实施方案中通过控制滴的尺寸分布,可以控制药物的释放,因为较大的滴比较小的滴穿透得慢。作为替代方案,通过已知方法合成或纯化的其他蛋白质可以用来包覆所述滴。
实施例1
在根据本发明的一个实施方案的一个实施例中,我们使用来自CCMV(豇豆褪绿斑驳病毒)的衣壳蛋白,它由于静电相互作用而在纳米乳滴表面上自组装。在天然病毒中,带正电荷的病毒内部与一个或多个带负电荷的RNA聚阴离子反应。因为纳米乳滴在所述滴的外部具有带负电荷的表面活性剂头部基团,所以病毒蛋白在油滴的外部界面处组装。
获得衣壳蛋白的过程
采用了Rao的纯化CCMV蛋白的过程(Choi,Y.G.;Rao,A.L.N.,MolecularStudies on Bromovirus Capsid Protein:VII.Selective Packaging of BMV RNA 4 bySpecific n-Terminal Arginine Residues.Virology 2000,275,207-217)。首先以野生型CCMV开始,在悬浮缓冲液中的浓度为约4mg/mL。将该CCMV在分解缓冲液中透析24小时,以将CCMV分离成蛋白质二聚物和RNA。将分解的CCMV从缓冲液中移出并以14,000rpm(EppendorfCentrifuge 5804R)离心30分钟,以沉淀RNA。提取上清液中的蛋白质,然后在RNA组装缓冲液中进一步透析24小时,以在上清液中剩余的RNA周围组装。最后,以100,000rpm(Beckman TLA110 UC)将上清液离心1∶40小时,并且该上清液的上部3/4(含有纯CCMV蛋白)用于进一步研究。所得蛋白质的纯度和浓度使用UV-可见光光谱测量。所有的工作在4℃进行。
制备纳米乳滴的过程
使用微流体注射系统(microfluidic injection system)的极端剪切产生纳米乳液,即一种液相的滴通过表面活性剂稳定在另一种不相混溶的液相中,直径小于100nm。纳米乳滴的尺寸取决于所用表面活性剂的量和类型、液体注入到微流体系统中的压力以及液体的粘度。然后将纳米乳液离心并分级,以获得特定尺寸分布的滴(Mason,T.G.,J.N.Wilking,K.K.Meleson,C.B.Chang和S.M.Graves.2006.Nanoemulsions:formation,structure,andphysical properties,Journalof Physics:Condensed Matter 18:R635-R666;Meleson,K.,S.Graves和T.Mason.2004.Formation of Concentrated Nanoemulsions by Extreme Shear.Soft Materials 2:109-123)。通常是制备水包油纳米乳滴,其尺寸可以通过微流体装置和其他组成参数来控制。因此,该实施方案用于将疏水药物包裹在滴内部,所述滴又在病毒衣壳内。
组装条件(将病毒蛋白与纳米乳滴组合)
使用了各种组装条件来在纳米乳滴周围组装病毒蛋白。通过改变透析纳米乳滴和病毒蛋白的溶液的pH和离子强度,可以产生在外表面上具有单层、双层或多层病毒蛋白的滴(见图2(b))。
EM照相过程
使用火棉胶(parlodoin)支持膜来制备400目尺寸的铜网(Ted Pella Inc.,Redding,CA),然后涂碳。该铜网使用高压交流电进行辉光放电,然后立即进行样品沉积。样品沉积步骤包括将5pL样品直接放在铜网上1分钟,用Whatman 4滤纸吸,然后立即用1%乙酸铀酰染色1分钟。再吸,并且空气干燥。在HitachiH-7000电子显微镜下观察样品,加速电压为75kV。将负片显影并使用MinoltaDimage Scan MultiPro扫描器扫描,用于图像分析。
结果讨论
根据本发明的一些实施方案制备由病毒蛋白覆盖的滴的这种方法的优点可以包括:精细调节纳米乳液的尺寸的能力,所述纳米乳液是病毒组装的模板。因此,能够使该蛋白质容器的尺寸从大约10nm到100nm之间变化,例如低于1/10微米,允许在未来的应用中使用有尺寸特异性的变化方案。病毒衣壳蛋白到滴表面上的吸附可以通过蛋白质对油的亲和性和滴表面上的表面活性剂来控制,而不是通过滴尺寸控制。所以,如果有需要,也可以制备亚微米、微米级、甚至更大的病毒包封的滴。
本发明的一些实施方案可以提供制备蛋白质改性的滴的一些方法,所述蛋白质改性的滴用于通过摄取、注射、吸入或通过皮肤将生物活性的内容物(疏水药物)递送到有机体内部。含有放射性物质或高原子序数元素的分子可以插入到纳米滴中,用于癌症治疗或成像增强。因此,本发明的一些实施方案在医疗成像和药物递送方面都具有潜在的应用。在医疗成像方面,一个应用可以是在跟踪细胞内的传输路径方面使用该容器。在药物递送方面,一个应用可以是使用包封在纳米乳液中的治疗剂并随后在癌细胞进入时递送以治疗癌症。
实施例2
本实施例是对不可压缩的球形纳米滴或“纳米乳液”的壳体化,所述纳米滴或“纳米乳液”可以具有明显延伸到野生型核之外的连续的尺寸范围并且通过所吸附的阴离子表面活性剂分子来稳定化。我们表明,可以迫使衣壳蛋白自组装成球形外壳而没有Caspar-Klug体系规定的理想二十面体的完美对称性和离散的尺寸(Caspar,D.L.;Klug,A.,Physical Principles in the Construction of RegularViruses.Cold Spring Harb.Symp.Quant.Biol.1962,27,1-24),这需要特定整数倍(1、3、4、7、...)的60个蛋白质。用十二烷基硫酸钠(SDS)稳定的水包硅油(聚二甲基硅氧烷)纳米乳液通过高压均化制备(Meleson,K.;Graves,S.;Mason,TG.,Formation of Concentrated Nanoemulsions by Extreme Shear.Soft Materials2004,2,109-123),与纯豇豆褪绿斑驳病毒(CCMV)衣壳蛋白混合(Choi,Y.G.;Rao,A.L.N.,Molecular Studies on Bromovirus Capsid Protein:VII.SelectivePackaging of BMV RNA4 by Specific n-Terminal Arginine Residues.Virology 2000,275,207-217),并透析以降低二价阳离子浓度,引起蛋白质自组装(Adolph,K.W.;Butler,P.J.G.,Reassembly of a Spherical Virus in Mild Conditions.Nature 1975,255,737-738)。在宽范围的pH值和离子强度下,所述重组装产生了被单一蛋白质壳包覆的病毒样滴(VLD)。我们还探究了宽范围的pH值和离子强度来控制在纳米滴周围由衣壳蛋白形成的同心外壳的数量。在已经形成空的多壳结构的低pH值和离子强度的限值下(Adolph,K.W.;Butler,P.J.,Studies on the Assembly ofa Spherical Plant Virus.1.States of Aggregation of the Isolated Protein.J Mol.Biol.1974,88,327-341),滴可以被包裹在两个或更多蛋白质壳内。
对于被单外壳包覆的VLD,透射电子显微镜(TEM)表明,蛋白质在弯曲的表面上自组装,不仅形成有序化的衣壳体,而且形成各种其他结构。随着所述滴表面曲率减小,有序化的衣壳体结构变得更少,并且出现其他蛋白质结构:有缺陷的衣壳体、六角形网和槽形疤。这些结构中的一些似乎是由于在弯曲表面上蛋白质的干扰引起(Liu,A.J.;Nagel,S.R.,Jamming Is Not Just Cool AnyMore.Nature 1998,396,21-22)并且表现出由固体微观颗粒稳定的宏观滴上发现的缺陷(Bausch,A.R.Bowick,M.J.;Cacciuto,A.;Dinsmore,A.D.;Hsu,M.F.;Nelson,D.R.;Nikolaides,M.G.;Travesset,A.;Weitz,D.A.,Grain Boundary Scarsand Spherical Crystallography.Science 2003,299,1716-1718;Bowick,M.;Cacciuto.A.;Nelson.D.R.;Travesset,A.,Crystalline Order on a Sphere and the GeneralizedThomson Problem.Phys.Rev.Lett.2002,89,Art.No.185502pp.1-4;Tarimala,S.;Dai,L.L.,Structure of Microparticles in Solid-Stabilized Emulsions.Langmuir 2004,20,3492-3494)。但是,其他结构,如六角形网,是由于与蛋白质-蛋白质和蛋白质-表面的相互吸引作用相关的特殊规则而产生的。在较大滴上的有序衣壳体的数量的总体减小表明:当蛋白质在较低曲率的不可压缩表面上组装时,在CCMV的衣壳中的三种不同构象的蛋白质不是以相同比例存在的(Speir,J.A.;Munshi,S.;Wang,G.;Baker,T.S.;Johnson,J.E.,Structures of the Native and Swollen Formsof Cowpea Chlorotic Mottle Virus Determined by X-Ray Crystallography andCryo-Electron Microscopy.Structure 1995,3,63-78)。因此,表面曲率在确定蛋白质构象方面具有重要作用,并且深度影响包裹不可压缩对象的组装蛋白质的结构。
方法
蛋白质纯化
按照Choi和Rao的方法(Choi,Y.G.;Rao,A.L.N.,Molecular Studies onBromovirus Capsid Protein:VII.Selective Packaging of BMV RNA4 by Specificn-Terminal Arginine Residues),分离和纯化了来自CCMV的衣壳蛋白。CCMV具有单一的衣壳蛋白,所以提及“CCMV蛋白”都是指CCMV的单一的独特的衣壳蛋白。将纯化的CCMV在1.0L的分解缓冲液(0.5M CaCl2,50mM Tris-HCl,pH 7.5,1.0mM EDTA,1.0mM DTT,0.5mM PMSF)中透析24小时。将分离出的病毒以14,000RPM离心30分钟以沉淀RNA。提取蛋白质上清液并在1.0L的RNA重组缓冲液(50mM NaCl,50mM Tris-HCl,pH 7.2,10mM KCl,5.0mMMgCl2,1.0mM DTT)中透析24小时。然后将溶液以100,000RPM离心100分钟,并提取蛋白质上清液。使用UV-可见光光谱法测定蛋白质的浓度和纯度。所有的工作都在4℃进行。
纳米乳液制备和分级
用高压微流体装置使用极流(extreme flow)产生纳米乳液(Meleson,K.;Graves,S.;Mason,T.G.,Formation of Concentrated Nanoemulsions by ExtremeShear.Soft Materials 2004,2,109-123)。使用超离心对多分散乳液进行尺寸分级,以获得更好的滴均匀性并确定SDS浓度CSDS。在与蛋白质混合和透析之前,纳米乳液的CSDS=1mM SDS,大大低于临界胶束浓度,并且φ=0.05。PDMS油(10cSt粘度,由Gelest提供)具有低蒸汽压,所以它在这些显微镜测量的整个时间范围内都不会蒸发,即使是不存在衣壳蛋白时也不会蒸发。
透析缓冲液
RNA重组缓冲液(Adolph,K.W.;Butler,P.J.,Assembly of a Spherical PlantVirus.Philos.Trans.R.Soc.Lond.B 1976,276,113-122):Tris-HCl缓冲液,pH=7.2I=0.10M NaCl,10mM KCl,5.0mM MgCl2以及1.0mM DTT。空壳缓冲液:50mM醋酸钠缓冲液,pH=4.8以及I=1.0M NaCl。二聚物缓冲液:50mM磷酸钠缓冲液,pH=6.2以及I=1.0M NaCl。多壳缓冲液:50mN醋酸钠缓冲液,pH=4.8以及I=0.1M NaCl。六角形片缓冲液:50mM磷酸钠缓冲液,pH=6.2以及I=0.1M NaCl。最后四种缓冲液还含有1.0mM EDTA和1.0mM DTT。
壳体化过程
将10μL试样量的1.0mM SDS且φ=0.05的贮备纳米乳液以0.15μg/mL加入到纯化的CCMV蛋白质中,得到200μL的总反应体积。在4℃下在1.0L的适当缓冲液中透析该混合物24小时。稀释和透析后的SDS浓度大约为10-5M,因此在本体溶液中的SDS-蛋白质相互作用的结合被最小化,同时仍然保持滴的稳定性。SDS的硫酸根头部基团在我们选取的整个pH范围内带负电荷。在稀释后,SDS在油-水界面的电荷密度估计为大约-0.1e/nm2
透射电子显微术:染色和分析
将400目尺寸和3.0mm OD的Pelco铜网(Ted Pella,Inc.)用火棉胶薄膜和碳包覆。使用高压、交流电对铜网进行辉光放电,然后立即进行样品沉积。我们将5μL的样品直接放在铜网上1分钟,然后用Whatman 4滤纸吸,并且立即用乙酸铀酰在水中的1%溶液染色1分钟。将样品进行空气干燥并且在75kV的加速电压下在Hitachi H-7000电子显微镜下观察。将负片显影并且使用MinoltaDimage Scan MultiPro扫描仪扫描,用于图像分析。使用Adobe Photoshop来通过减去强烈模糊的图像而使图像背景平面化(flatten)。使用具有深色中心的相关核(对应于衣壳体的深色微凹和白色外圈的尺寸),应用互相关傅立叶变换图像分析。
荧光显微镜
我们已经以1.0mg/ML制备了FITC贮备液和5(6)-FAM,SE在DMSO中的贮备液。将试样量的5(6)-FAM,SE贮备液加入到pH值为7.2的RNA重组缓冲液中的分离的CCMV蛋白质中。将另一试样量的FITC贮备液加入到分离的CCMV蛋白质中并在pH值为8.2的50mM磷酸盐缓冲液中达到平衡。将该蛋白质和染料混合,在8小时后,将FITC标记的蛋白质透析到RNA重组缓冲液中,pH值降低。将这两组荧光标记的蛋白质与10μL浓度为1.0mM的任一SDS(或CTAB)且φ=0.05的微米级乳液混合,总的反应体积为200μL,并且用RNA重组缓冲液透析。通过在所述滴的边缘的强荧光,荧光显微图像显示在滴表面处存在标记的蛋白质。没有标记蛋白质的微米级乳液不显示这种荧光。所以,比天然病毒大得多的滴可以由双层涂覆,所述双层由阴离子表面活性剂的第一内层和病毒蛋白质的第二外层组成。蛋白质的吸附可能抑制了表面活性剂到滴界面或从滴界面到滴界面的平衡交换。在包围蛋白质改性的滴的溶液中,在宽范围的离子强度下,这种蛋白质吸附对于中性和酸性条件的pH通常是不可逆的。在组装后,通过使溶液条件进入导致天然病毒颗粒分解的区域内,可以使蛋白质改性的滴分解。
结果与讨论
离子稳定的纳米滴提供了不可压缩的带电荷的模板,该模板提供可以组装衣壳蛋白的宽范围曲率。通过极端乳化(extreme emulsification),制备了水包油纳米乳液,其由可以与CCMV(内径为21nm且外径为28nm)一样小的球形滴组成(Mason,T.G.;Wilking,J.N.;K.Meleson,K.;Chang,C.B.;Graves,S.M.,Nanoemulsions:Formation,Structure,and Physical Properties.J.Phys.:Condens.Matter 2006,18,R635-R666)。取决于乳化速度的不同,超离心尺寸分级提供均匀模型纳米乳液,其中滴的半径为10nm<a<100nm(Meleson,K.;Graves,S.;Mason,T.G.,Formation of Concentrated Nanoemulsions by Extreme Shear.SoftMaterials 2004,2,109-123).此外,滴的体积分数φ和表面活性剂浓度CSDS可以独立地确定。Laplace压力(对应于克服表面张力和使滴变形所必需的应力)通常为10atm以上,所以在稀释的φ下滴是球形的。为了抑制Ostwald熟化(Taylor,P.,Ostwald Ripening in Emulsions:Estimation of Solution Thermodynamics of theDisperse Phase.Adv.Colloid Interface Sci.2003,106,261-285),选择在连续液相中是非常不可溶的被分散液体,其中,所述Ostwald熟化可能通过分子扩散导致滴发生不希望的生长。
通过将纯的分解CCMV衣壳蛋白与水包油纳米乳液混合并通过透析改变缓冲液的pH值和NaCl离子强度I,产生了病毒样滴,使得蛋白质聚集在滴表面上(见图1)。负染色的VLD的透射电子显微镜(TEM)表明,在各个滴表面上存在两种有序的蛋白质结构,包括环状衣壳体。为了探查结构的多样性,我们与蛋白质的已知相行为相对应地在5种不同的缓冲液条件下包裹SDS涂覆的纳米滴(Adolph,K.W.;Butler,P.J.,Studies on the Assembly of a Spherical Plant Virus.I.States of Aggregation of the Isolated Protein.J.Mol.Biol.1974,88,327-341;Adolph,K.W.;Butler,P.J.,Assembly of Spherical Plant Virus.Philos.Trans.R.Soc.Lond.B1976,276,113-122;Bancroft,J.B.;Hills,G.J.;Markham,R.,A Study of theSelf-Assembly Process in a Small Spherical Virus.Formation of Organized Structuresfrom ProteinSubunits in Vitro.Virology 1967,31,354-379):‘RNA-重组装’(pH=7.2,I=0.1M),‘六角形片’(pH=6.2,I=0.1M),‘二聚物’(pH=6.2,I=1.0M),‘多壳’(pH=4.8,I=0.1M)和‘空壳’(pH=4.8,I=1.0M)。在图2a中,我们示出了这些缓冲液的负染色VLD的TEM图像。蛋白质包覆的纳米滴可以与空的衣壳区分开,因为乙酸铀酰染色不会穿透到包覆的滴的核中,所以它们在中心处明显更亮。由于在蒸发过程中随着水接触线后退而产生的染料捕获的原因,存在围绕滴边缘的较深色的环。这种染色和干燥过程产生的TEM图像仅提供了每个滴表面的一半的优异视图。由于这些图像不含有在另一半上的蛋白质的明显信号,因此可以确认和解释在单个滴上的蛋白质表面结构,而不是必须依赖于假定为有序结构的重建方法。
对于全部5种缓冲液,CCMV蛋白质包裹纳米滴,而无论它们的尺寸大小如何(图2a)。二聚体缓冲液和RNA-重组缓冲液高效地创造VLD,但没有任何蛋白质变成空壳的损失。对于多壳缓冲液,我们观察到以单壳、双壳(占主要)和三壳包覆的纳米滴(图2b)。对于空壳和多壳缓冲液条件,由于蛋白质稍微超出包覆所述滴所需的量,我们观察到壳体化的滴以及空壳。
为了证实蛋白质不是在干燥过程中简单地沉积在滴表面上而实际上是在溶解状态下围绕所述滴组装的,我们研究了用RNA组装缓冲液透析后在微米级硅油滴上的荧光素异硫氰酸盐(FITC)标记的CCMV衣壳蛋白。强烈的荧光从滴表面上发出(图2a插图),表明它们被所标记的蛋白质包覆。对比之下,在用阳离子十六烷基-三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂包覆的滴与FITC标记的CCMV蛋白质混合并用相同方式透析时,没有观察到荧光,表明阳离子表面活性剂通常不适合于用该特定蛋白质创造蛋白质改性的滴。
对于RNA-重组装条件,我们还研究了具有不同曲率的纳米滴上蛋白质的结构以及有序和无序的相对程度(图3)。为了增强各VLD表面上的结构的图像,我们去除了背景,然后使用傅立叶过滤降低高频噪声。我们将完整衣壳体标识为白色的环,其具有内部的深色中心点,还有围绕亮环的深色的外部沟槽。较亮的区域表示从表面向外伸出的蛋白质的较高的密度,较深色的区域一般表示较低密度的蛋白质,此处染色变得更加高度浓缩在局部凹陷中。随着滴变得明显大于CCMV,完整的衣壳体变少并且在较小弯曲的不可压缩表面上观察到若干其他蛋白质结构。尤其是,观察到不完整的衣壳体、线形疤样缺陷和六角形网状结构,与在野生型CCMV上的完美二十面体有序形成鲜明对比。基于能量最小化原理,当滴的尺寸对应于允许的整数三角剖分数T时,可以期望所述滴被有序的衣壳体更大程度地相对覆盖(Bruinsma,R.F.;Gelbart,W.M.;Reguera,D.;Rudnick,J.;Zandi,R.,Viral Self-Assembly as a Thermodynamic Process.Phys.Rev.Lett.2003,90,Art.No.248101pp.1-4;Zandi,R.;Reguera,D.;Bruinsma,R.F.;Gelbart,W.M.;Rudnick,J.,Origin of Icosahedral Symmetry in Viruses.Proc.Nat.Acad.Sci.2004,101,15556-15560)(见图3-较低比例),但是这假定衣壳体的结构和尺寸不受下面的核的曲率和可压缩程度影响。尽管我们在所有缓冲液条件下的实验没有显示出与允许的T相对应的滴上更高程度的衣壳体有序,但是这可能在与我们已经研究的不同的pH和I下发生。
对于更接近天然病毒尺寸的更小的滴,如同在天然病毒上所看到的一样,我们确认了衣壳体的局部六角形堆积(图4a-左)。尽管我们找到围绕中心衣壳体的六个衣壳体的大量实例,但是在明显大于CCMV的滴上没有观察到没缺陷的五重配位衣壳体。在相邻的六重衣壳体之间的中心到中心距离的分布在图4b中示出,9.5nm的平均距离与从天然CCMV获知的距离良好地吻合(Speir,J.A.;Munshi,S.;Wang,G.;Baker,T.S.;Johnson,J.E.,Structures of the Native andSwollen Forms of Cowpea Chlorotic Muttle Virus Determined by X-RayCrystallography and Cryo-Electron Microscopy.Structure 1995,3,63-78)。
在一些较大的滴上,我们观察到蛋白质的六角形网状结构:由互连的白色边界或“网络”包围的深色点的区域(图4a-右)。具有衣壳体特征的深色外部沟槽不存在。尽管该蛋白质网通常具有局部的六重六角形有序,但是一般来说,它可以由于缺陷而无序化。在该网络中最近的相邻点之间的平均距离仅为4.7nm,约为衣壳体中心之间的距离的一半(图4b)。这与在比更高程度弯曲的可压缩表面更平的不可压缩表面上的不同方式的衣壳体蛋白自组装一致(Bancroft,J.B.;Hills,G.J.;Markham,R.,A Study of the Self-Assembly Process in a Small SphericalVirus.Formation of Organized Structures from Protein Subunits in Vitro.Virology1967,31,354-379)。
我们提出,通过考虑自组装蛋白质亚单元在较低曲率的不可压缩表面上的基础对称性和紧密堆积,可以理解蛋白质的六角形网状结构的形成机理。已知CCMV衣壳蛋白自组装成紧密二聚体的六角形衣壳体(Tang,J.;Johnson,J.M.;Dryden,K.A.;Young,M.J.;Zlotnick,A.;Johnson,J.E.,The Role of Subunit Hingesand Molecular‘Switches’in the Control of Viral Capsid Polymorphism.J.Struct.Biol.2006,154,59-67;Adolph,K.W.;Butler,P.J.,Studies on the Assembly of aSpherical Plant Virus.I.States of Aggregation of the Isolated Protein.J.Mol.Biol.1974,88,327-341),这已经通过X-射线晶体分析法确认。在许多缓冲液条件下,这些二聚体与单聚体相比在能量上是有利的;一个蛋白质的突出臂插入到其伙伴的折叠区域中并通过吸引力保持,反之亦然。六个紧密结合的二聚体可以结合在一起形成衣壳体,该衣壳体具有结构与齿轮类似的六个突出臂(图4c-左下)。这样的衣壳体结构相对于二聚体的随机组装也是能量上有利的。当二聚体的这些齿轮状六角形衣壳体自组装、然后紧密堆积以覆盖平坦表面时,它们能够产生衣壳体的六角形阵列,该阵列在相邻衣壳体之间的中心到中心距离的一半处具有无蛋白质的区域。这种堆积的齿轮结构会给出我们观察的网状的外形:蛋白质密度较低的深色点的六角形阵列和蛋白质密度较高的明亮网络的互连六角形网络。对于蛋白质在平坦表面上的自组装,有理由假设折叠的衣壳蛋白和二聚体只以单一的构象存在,并且不变形为在具有比野生型病毒更高的曲率的核结构上组装五重配位的衣壳体所需要的三种已知构象。
除了有序的网以外,我们还观察到拉长的蛋白质疤,其为由白色边缘包围的深色槽(图4a-中间)。这些蛋白质疤与在弯曲液滴表面上的单分散固体球包封(Bausch,A.R.;Bowick,M.J.;Cacciuto,A.;Dinsmore,A.D.;Hsu,M.F.;Nelson,D.R.;Nikolaides,M.G.;Travesset,A.;Weitz,D.A.,Grain Boundary Scars andSpherical Crystallography.Science 2003,299,1716-1718;Bowick,M.;Cacciuto,A.;Nelson,D.R.;Travesset,A.,Crystalline Order on a Sphere and the GeneralizedThomson Problem.Phys.Rev.Lett.2002,89,Art.No.185502PP.1-4),即一种受控种类的‘Pickering乳液’(Tarimala,S.;Dai,L.L.,Structure of Microparticles inSolid-Stabilized Emulsions.Langmuir 2004,20,3492-3494;Pickering,S.U.,Emulsions.J.Chem.Soc.Trans.Lond.1907,91,2001-2021;Subramaniam,A.B.;Abkarian,M.;Stone,H.A.,Controlled Assembly of Jammed Colloidal Shells onFluid Droplets.Nat.Mater.2005,4,553-556)中所发现的疤缺陷具有某些类似性,但是衣壳蛋白疤明显不同。蛋白质疤不是简单地由不相称尺寸的滴上完全形成的六角形环状衣壳体之间的线缺陷组成,相反,它们表明了在甚至比衣壳体单元本身更小尺度的蛋白质的无序。若干机理结合产生所述疤缺陷:相对于与二十面体结构的允许T数对应的那些的不相称的滴尺寸,以及一旦表面被完全覆盖就强烈抑制蛋白质的重新定向和重新排列的蛋白质表面干扰。
结果的讨论
多种蛋白质结构,包括二聚体、部分衣壳体和完整衣壳体,可以在曲率减小的不可压缩球形表面上被干扰而成为局部无序状态(Liu,A.J.;Nagel,S.R.,Jamming Is Not Just Cool Any More.Nature 1998,396,21-22),其方式类似于不平衡的玻璃和凝胶。因为在围绕RNA形成时高密度吸附的蛋白质可能不能改变形态并重新组织为具有最低能量的有序状态,所以可能产生附加的缺陷。控制相对蛋白质覆盖率和研究壳体化过程动力学将提供关于在VLD表面上如何产生有序和无序蛋白质结构的更有力的见解。通过调整pH和离子强度,可以用可控数量的衣壳包裹滴、纳米颗粒和合成聚合物。
通过解释各个壳体化纳米滴的TEM图像,我们揭示了在滴表面上的一些新的结构,包括有缺陷的衣壳体、六角形网和疤。这些结构的发现为弯曲表面上的蛋白质构象的性质提供了重要的新见解。此外还表明,由于不可压缩的荷电模板上的表面干扰,不平衡蛋白质结构可能存在于壳体化的纳米物体上,并且表明完美的二十面体壳的热动力学自组装的照片可能仅在某些有限的情况下是正确的。
用于制备蛋白质改性的滴的蛋白质可以由作为以下病毒家族中的成员的病毒得到:腺病毒科(Adenoviridae)、指环病毒属(Anellovirus)、沙粒病毒科(Arenaviridae)、动脉炎病毒科(Arteriviridae)、囊泡病毒科(Ascoviridae)、非洲猪瘟病毒科(Asfarviridae)、星状病毒科(Astroviridae)、鳄梨日斑类病毒科(Asunviroidae)、杆状病毒科(Baculoviridae)、杆菌状核糖核酸(RNA)病毒科(Barnaviridae)、甜菜坏死黄脉病毒属(Benyvirus)、双节段RNA病毒科(Birnaviridae)、博尔纳病毒科(Bornaviridae)、雀麦花叶病毒科(Bromoviridae)、布尼亚病毒科(Bunyaviridae)、杯状病毒科(Caliciviridae)、花椰菜花叶病毒科(Caulimoviridae)、樱桃锉叶病毒属(Cheravirus)、产黄青霉病毒科(Chrysoviridae)、圆环病毒科(Circoviridae)、长线形病毒科(Closteroviridae)、豇豆花叶病毒科(Comoviridae)、冠状病毒科(Coronaviridae)、覆盖噬菌体科(Corticoviridae)、囊状噬菌科(Cystoviridae)、丁型肝炎病毒属(Deltavirus)、双顺反子病毒科(Dicistroviridae)、内源RNA病毒属(Endornavirus)、丝状病毒科(Filoviridae)、黄病毒科(Flaviviridae)、线形病毒科(Flexiviridae)、真菌传杆状病毒属(Furovirus)、小纺锤形噬菌体科(Fuselloviridae)、双生病毒科(Geminiviridae)、微滴形噬菌体科(Guttaviridae)、嗜肝DNA(脱氧核糖核酸)病毒科(Hepadnaviridae)、肝炎病毒科(Hepeviridae)、疱疹病毒科(Herpesviridae)、大麦病毒属(Hordeivirus)、低毒性病毒科(Hypoviridae)、传染性软腐病病毒属(Iflavirus)、丝杆状噬菌体科(Inoviridae)、虹彩病毒科(Iridoviridae)、光滑噬菌体科(Leviviridae)、脂毛噬菌体科(Lipothrixviridae)、黄症病毒科(Luteoviridae)、海洋RNA病毒科(Marnaviridae)、变位病毒科(Metaviridae)、微小噬茵体科(Microviridae)、拟态病毒属(Mimivirus)、肌尾噬菌体科(Myoviridae)、矮缩病毒科(Nanoviridae)、裸露RNA病毒科(Narnaviridae)、线头病毒科(Nimaviridae)、野田村病毒科(Nodaviridae)、蛇形病毒属(Ophiovirus)、正黏病毒科(Orthomyxoviridae)、欧尔密病毒属(Ourmiavirus)、乳头瘤病毒科(Papillomaviridae)、副黏病毒科(Paramyxoviridae)、双组分RNA病毒科(Partitiviridae)、细小病毒科(Parvoviridae)、花生丛簇病毒属(Pecluvirus)、藻类DNA病毒科(Phycodnaviridae)、微小病毒科(Picornaviridae)、芽生噬菌体科(Plasmaviridae)、短尾噬菌体科(Podoviridae)、多分体DNA病毒科(Polydnaviridae)、多瘤病毒科(Polyomaviridae)、马铃薯纺锤形块茎类病毒科(Pospiviroidae)、马铃薯Y病毒科(Potyviridae)、痘病毒科(Poxviridae)、前病毒科(Pseudoviridae)、呼肠孤病毒科(Reoviridae)、反转录病毒科(Retroviridae)、弹状病毒科(Rhabdoviridae)、根前毛菌病毒属(Rhizidiovirus)、杆状套病毒科(Roniviridae)、小杆状噬菌体科(Rudiviridae)、温州蜜柑矮缩病毒属(Sadwavirus)、盐末端蛋白噬菌体属(Salterprovirus)、伴生病毒科(Sequiviridae)、长尾噬菌体科(Siphoviridae)、南方菜豆花叶病毒属(Sobemovirus)、复层噬菌体科(Tectiviridae)、纤细病毒属(Tenuivirus)、四体病毒科(Tetraviridae)、烟草花叶病毒属(Tobamovirus)、烟草脆裂病毒属(Tobravirus)、披膜病毒科(Togaviridae)、番茄丛矮病毒科(Tombusviridae)、单组分RNA病毒科(Totiviridae)、芜菁黄花叶病毒科(Tymoviridae)、伞形病毒属(Umbravirus)和巨脉病毒属(Varicosavirus)。用于制备蛋白质改性的滴的蛋白质也可以由未列出的其他病毒家族的成员以及仍然有待发现和研究的病毒家族得到。
除了来自病毒的蛋白质,来自细菌、真菌、植物、动物和海绵的蛋白质也可以用于制备蛋白质改性的滴,只要这些蛋白质可以被有效地离析、分离以及以通过蛋白质与滴表面的相互吸引作用产生方式的使得它们与滴的表面接近的方式操控。
用于制备蛋白质改性的滴的蛋白质可以具有多种功能,包括但不限于:结构蛋白、非结构蛋白、外壳蛋白、衣壳蛋白、核心蛋白、包膜蛋白、基质蛋白、跨膜蛋白、膜相关蛋白、非结构蛋白、核壳体蛋白、丝状蛋白、加帽蛋白、交联蛋白、糖蛋白和动力蛋白。
我们所提供的蛋白质改性的滴的实例属于由豇豆褪绿斑驳病毒(CCMV)纯化的单一衣壳蛋白,所述豇豆褪绿斑驳病毒是植物病毒家族雀麦花叶病毒科(Bromoviridae)的一员。
病毒可以具有多于一种衣壳蛋白。在我们所示出的具体实例中,我们使用聚阴离子滴代替聚阴离子遗传物质作为蛋白质组装模板,多种多样的病毒衣壳蛋白可以被有效地吸引到带电荷的滴的表面。因此,对于具有两种或更多种衣壳蛋白的病毒而言,不同种类蛋白质的合适化学计量比无疑将提供足够的结构特征来改性和/或包封所述滴。而且,对于天然产生两种或更多种衣壳蛋白的病毒而言,即使已经被纯化的单一种类的衣壳蛋白也足以改性和/或包封所述滴;不需要使得所有不同种类的衣壳蛋白都从病毒中显现出来。主要的要求是必须调整所述滴表面上的电荷、溶液的pH值以及溶液的离子组成和离子强度,使得蛋白质经受与所述滴表面的相互吸引作用,然后与所述滴表面保持接近。
一旦在所述滴周围形成蛋白质外壳,在特定应用中可能有利的是还形成围绕蛋白质层的脂质外壳、脂蛋白外壳或脂质-蛋白外壳,由此产生类似于包膜病毒的总结构。因此,该结构包含内部滴核心、通常吸附在所述核心上的表面活性剂、围绕所述滴核心和表面活性剂的蛋白质层以及脂质、脂蛋白或脂质-蛋白层。
在有包膜层和无包膜层的情况下,特定病毒在较高级的有机体内被特定组织和器官选择性摄取和定位是众所周知的,这在诸如“Basic Virology”,第2版,E.K.Wagner和M.J.Hewlett编著,Blackwell出版(2004)的书籍中进行了讨论。同含有遗传物质的天然病毒颗粒一样,蛋白质改性的滴对生物有机体提供相同的蛋白质结构,因此蛋白质改性的滴的优先摄取和定位将发生在与展示相同蛋白质的天然病毒颗粒相同的组织和器官内。
本发明不限于本文以实施例方式描述的本发明的具体实施方案,而是通过权利要求书进行限定。本领域技术人员应当理解,在不背离本发明的范围和总体构思的情况下,可以对本文所讨论的实施例进行各种变化和替换。

Claims (26)

1、一种蛋白质改性的滴,所述滴包含:
含有液体物质的滴;和
被形成来至少部分包封所述滴的蛋白质结构,
其中,所述蛋白质结构包含多个蛋白质分子,所述蛋白质分子在形成所述蛋白质结构的过程中对所述滴的至少一部分具有亲和力,以及
其中,所述滴的最大尺寸为至少约1nm并且小于约1000nm。
2、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,所述滴的最大尺寸为至少约5nm并且小于约100nm。
3、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,所述蛋白质结构基本上包围所述第一液体物质的核。
4、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,所述滴的所述液体物质包含疏水物质。
5、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,所述滴的所述液体物质包含选自以下物质集合的至少一种物质:油、硅油、烃油、石油、燃油、蜡、脂肪、氟化油、不挥发油、挥发油、芳香油、源自植物材料的油、源自动物材料的油、源自天然源的油、蒸馏油、提取油、烹调油、食用油、润滑油、组成主要是烃的反应物质、环氧物质、粘合物质、可聚合物质、热致型液晶、溶致型液晶、酸性油、碱性油、中性油、天然油、聚合物油和合成油。
6、根据权利要求5所述的蛋白质改性的滴,其中,所述滴的所述液体物质还包含可分散在所述至少一种物质中的生物活性剂。
7、根据权利要求6所述的蛋白质改性的滴,其中,所述生物活性剂选自以下物质集合:药物分子、抗癌分子、治疗分子、激素分子、激动剂分子、拮抗剂分子、阻抑剂分子、抑制剂分子、敏化剂分子、抗抑郁剂分子、抗病毒剂分子、抗真菌剂分子、抗菌剂分子、生物利用度增强剂分子、RNA-结合分子、DNA-结合分子、毒素分子、染料分子、荧光剂分子、生物分子、营养剂、维生素、香料、酶、放射性同位素、非放射性同位素、纳米颗粒和成像对比增强剂。
8、根据权利要求3所述的蛋白质改性的滴,其中,所述蛋白质结构是蛋白质分子单层。
9、根据权利要求3所述的蛋白质改性的滴,其中,所述多个蛋白质分子形成至少部分有序的蛋白质结构。
10、根据权利要求9所述的蛋白质改性的滴,其中,所述多个蛋白质分子包含至少一个组装的蛋白质亚结构,所述蛋白质亚结构选自以下亚结构集合:蛋白二聚体、三聚体、四聚体、五聚体、六聚体、七聚体、八聚体、五邻体、六邻体、纤维、网状结构和衣壳体。
11、根据权利要求3所述的蛋白质改性的滴,其中,所述蛋白质结构是多个蛋白质层。
12、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,形成所述蛋白质结构的所述多个蛋白质分子是多个天然蛋白质分子。
13、根据权利要求12所述的蛋白质改性的滴,其中,所述蛋白质结构由病毒衣壳蛋白形成,所述病毒衣壳蛋白已知优先进入并集中在选自特定类型的亚细胞结构、特定类型的细胞、特定生物组织和特定生物器官中的至少一个内。
14、根据权利要求12所述的蛋白质改性的滴,其中,所述天然的多个蛋白质分子是多个病毒衣壳蛋白分子。
15、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,形成所述蛋白质结构的所述多个蛋白质分子是多个合成多肽分子。
16、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,所述滴在其组合物中包含疏水性物质。
17、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,所述滴包含吸附在所述液体物质上的两亲性表面活性分子,所述两亲性表面活性分子具有适合吸引所述多个蛋白质分子的电荷。
18、根据权利要求17所述的蛋白质改性的滴,其中,所述两亲性表面活性分子是阴离子表面活性剂分子。
19、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,还包含与所述蛋白质结构连接的选自脂质分子、脂蛋白分子、膜蛋白和抗原中的至少一种。
20、根据权利要求3所述的蛋白质改性的滴,还包含形成在所述蛋白质结构上的脂质膜。
21、根据权利要求1所述的蛋白质改性的滴,其中,形成所述蛋白质结构的所述多个蛋白质分子包含多个不同类型的蛋白质分子。
22、一种组合物,所述组合物包含分散在含水溶液中的多个蛋白质改性的滴,其中每个所述蛋白质改性的滴包含:
包含液体物质的滴;和
被形成来至少部分包封所述滴的蛋白质结构,
其中,所述蛋白质结构包含多个蛋白质分子,所述蛋白质分子在形成所述蛋白质结构的过程中对所述滴的至少一部分具有亲和力,以及
其中,所述滴的最大尺寸为至少约1nm并且小于约100nm。
23、一种制备蛋白质改性的滴的方法,所述方法包括:
提供第一和第二不相混溶的液体物质;
向第一和第二不相混溶的液体物质中的至少一种中加入稳定剂;
乳化第一液体物质和第二液体物质,以在所述第一液体物质中形成所述第二液体物质的多个滴,所述多个滴通过所述稳定剂稳定,所述多个滴中的每个滴的最大尺寸为至少约1nm且小于约100nm;
在所述乳化之前和之后的至少一种情况下加入蛋白质分子;以及使蛋白质结构形成为至少部分包封所述多个滴中的每一个,
其中,所加入的所述稳定剂和所述蛋白质分子属于在所述稳定剂与所述滴结合时彼此具有相互静电吸引力的类型。
24、根据权利要求23所述的制备蛋白质改性的滴的方法,其中,每个所述蛋白质结构是位于相应滴外部的外壳承载的结构。
25、根据权利要求23所述的制备蛋白质改性的滴的方法,还包括蒸发其中已形成所述多个蛋白质改性的滴的所述第一液体物质,其中,所述蛋白质结构抑制所述蛋白质改性的滴的合并。
26、根据权利要求23所述的制备蛋白质改性的滴的方法,还包括使蛋白质分子聚集在所述第一液体物质中,包括透析、滴定、混合、改变所述第一液体物质中的离子浓度、改变所述第一液体物质的pH、改变所述第一液体物质的缓冲剂种类和使所述第一液体物质中发生化学反应中的至少一种。
CN200880014491A 2007-04-18 2008-04-18 蛋白质改性的纳米滴、组合物和制备方法 Pending CN101677966A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US90782407P 2007-04-18 2007-04-18
US60/907,824 2007-04-18
PCT/US2008/005011 WO2008130624A1 (en) 2007-04-18 2008-04-18 Protein-modified nano-droplets, compositions and methods of production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101677966A true CN101677966A (zh) 2010-03-24

Family

ID=39875815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200880014491A Pending CN101677966A (zh) 2007-04-18 2008-04-18 蛋白质改性的纳米滴、组合物和制备方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20100172831A1 (zh)
EP (1) EP2146700A1 (zh)
JP (1) JP2010524945A (zh)
KR (1) KR20100016647A (zh)
CN (1) CN101677966A (zh)
AU (1) AU2008241413A1 (zh)
CA (1) CA2683974A1 (zh)
WO (1) WO2008130624A1 (zh)
ZA (1) ZA200907263B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112321687A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 华南师范大学 一种仿病毒蛋白笼颗粒及其制备方法和应用

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100055246A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Dong June Ahn Nutrition delivery capsules for functional foods
AU2011245768B2 (en) * 2010-04-26 2015-04-09 Massey University Emulsion
WO2013109406A1 (en) * 2012-01-17 2013-07-25 The Scripps Research Institute Apparatus and method for producing specimens for electron microscopy
EP2805144A4 (en) * 2012-01-17 2015-09-09 Scripps Research Inst PREPARATION OF ORDERED SAMPLE SETS ON A GRID FOR ELECTRONIC MICROSCOPY
US9527049B2 (en) 2012-06-20 2016-12-27 Bio-Rad Laboratories, Inc. Stabilized droplets for calibration and testing
EP3177275B1 (en) 2014-08-05 2024-10-23 Advanced BioNutrition Corp. Composition comprising hydrophobic biologically active compounds and method for preparing said composition
CN114869849A (zh) * 2022-06-02 2022-08-09 浙江工业大学 一种基于淀粉稳定Pickering乳液辅助布洛芬球型结晶的制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0625069B2 (ja) * 1981-01-29 1994-04-06 ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド B型肝炎ワクチン製造方法
JPS5899424A (ja) * 1981-12-05 1983-06-13 Green Cross Corp:The 医薬物質含有脂肪乳剤
US4565696A (en) * 1983-08-03 1986-01-21 The Regents Of The University Of California Production of immunogens by antigen conjugation to liposomes
US4619904A (en) * 1984-10-29 1986-10-28 General Electric Company Agglutinating immunoassay using protein-coated liquid droplets
US5000960A (en) * 1987-03-13 1991-03-19 Micro-Pak, Inc. Protein coupling to lipid vesicles
US5069936A (en) * 1987-06-25 1991-12-03 Yen Richard C K Manufacturing protein microspheres
US5104736A (en) * 1988-03-03 1992-04-14 Micro-Pak, Inc. Reinforced paucilamellar lipid vesicles
US5258499A (en) * 1988-05-16 1993-11-02 Vestar, Inc. Liposome targeting using receptor specific ligands
US5252348A (en) * 1990-10-19 1993-10-12 Univ. Of Florida Research Foundation, Inc. Artificial viral envelopes
US6391343B1 (en) * 1991-01-15 2002-05-21 Hemosphere, Inc. Fibrinogen-coated particles for therapeutic use
US5437951A (en) * 1992-09-03 1995-08-01 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Self-assembling recombinant papillomavirus capsid proteins
WO1998019217A1 (de) * 1996-10-25 1998-05-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur vorbereitung der erzeugung strukturierter metallschichten mit hilfe von proteinen
US6180389B1 (en) * 1997-01-03 2001-01-30 The Research And Development Institute, Inc. Virion-constrained nanoparticles comprising a plant virion coat protein shell and encapsulated guest molecules
JP2002537102A (ja) * 1999-02-26 2002-11-05 カイロン コーポレイション 吸着された高分子および微粒子を有するミクロエマルジョン
US20030180348A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Levinson R. Saul Transcellular drug delivery system
WO2004098569A1 (en) * 2003-04-18 2004-11-18 Northeastern University Micelle delivery system loaded with a pharmaceutical agent
JP2008500364A (ja) * 2004-05-25 2008-01-10 キメラコア, インコーポレイテッド 自己集合性ナノ粒子薬物送達システム
DK1757276T3 (da) * 2005-08-01 2008-02-04 Univ Muenchen Tech Fremgangsmåde til fremstilling af nano- og mikrokapsler af edderkoppesilkeprotein

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112321687A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 华南师范大学 一种仿病毒蛋白笼颗粒及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
EP2146700A1 (en) 2010-01-27
KR20100016647A (ko) 2010-02-12
ZA200907263B (en) 2010-07-28
CA2683974A1 (en) 2008-10-30
JP2010524945A (ja) 2010-07-22
US20100172831A1 (en) 2010-07-08
AU2008241413A1 (en) 2008-10-30
WO2008130624A1 (en) 2008-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101677966A (zh) 蛋白质改性的纳米滴、组合物和制备方法
Choukaife et al. Alginate nanoformulation: Influence of process and selected variables
Lombardo et al. Self-assembly of organic nanomaterials and biomaterials: The bottom-up approach for functional nanostructures formation and advanced applications
Tarhini et al. Protein-based nanoparticles: From preparation to encapsulation of active molecules
JP5129746B2 (ja) スパイダーシルクタンパク質からなるナノおよびマイクロカプセルの製造方法
Kyriakoudi et al. Innovative delivery systems loaded with plant bioactive ingredients: Formulation approaches and applications
Aniagyei et al. Self-assembly approaches to nanomaterial encapsulation in viral protein cages
Zhang et al. Self-emulsifying drug delivery system and the applications in herbal drugs
Miladi et al. Encapsulation of alendronate sodium by nanoprecipitation and double emulsion: From preparation to in vitro studies
Van de Ven et al. PLGA nanoparticles loaded with the antileishmanial saponin β-aescin: Factor influence study and in vitro efficacy evaluation
Walia et al. Methods for nanoemulsion and nanoencapsulation of food bioactives
CN103893123B (zh) 一种脂质体-聚合物杂化纳米粒子及其制备方法和应用
CN102036652A (zh) 适于螯合胆甾醇的纳米结构
JP5494054B2 (ja) 二段階乳化によるリポソーム製造方法
Ahmadi et al. Preparation and characterization of simvastatin nanocapsules: encapsulation of hydrophobic drugs in calcium alginate
CN106474064A (zh) 一种蒿甲醚纳米脂质体及其制备方法与应用
JP2017527566A (ja) タンパク質カプセル
JP2008542402A (ja) ナノ粒子被覆カプセルの乾燥製剤
Tao et al. Formulation and cytotoxicity of doxorubicin loaded in self-assembled bio-polyelectrolyte microshells
Rahman et al. Development and pharmacokinetic evaluation of spray-dried self-nanoemulsifying drug delivery system of sertraline
Naik Nano based drug delivery
Singh et al. Application of nanotechnology in functional foods
TWI483747B (zh) 口服式藥物載體及其製備方法
Saha et al. Fabrication and in-vitro evaluation of liposomal quercetin and its optimization
Gorgieva Preparative methods and devices of bioinspired materials in drug-delivery systems

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Mason Thomas G.

Inventor after: Knirr Wilkin

Inventor before: Mason Thomas G.

Inventor before: Chang Connie B.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: MASON THOMAS G CHANG CONNIE B TO: MASON THOMAS G CONNIE WILKIN

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100324