葉綠素氧化鐵奈米粒子再現新功能
114年06月11日
【本篇報導由化學系 杜玲嫻教授研究團隊提供】 類澱粉纖維的積累在類澱粉沉積病變的發展中至關重要。此外，一些賀爾蒙胜肽，如人類降鈣素（human calcitonin, hCT），因為其具有高度的類澱粉纖維形成傾向而限制了其治療潛力。如今，奈米技術在各個科學領域提供了許多優勢，並且可以克服傳統治療開發中的一些限制。在本研究中，研究團隊應用葉綠素鐵或銅合成氧化鐵奈米粒子，以獲得具有卟啉衍生物結構表面修飾的奈米顆粒，命名為Fe3O4@Chl/Fe和Fe3O4@Chl/Cu。本研究觀察到這兩種奈米顆粒，特別是Fe3O4@Chl/Fe，穩定了hCT並影響了hCT的聚集。為了進一步確認Fe3O4@Chl/Fe的適用性，研究團隊利用另一種基於苯並噻唑（benzothiazole）結構的螢光探針來監測hCT類澱粉纖維的形成。研究亦採用多種生物物理的技術，包括穿透式電子顯微鏡、動態光散射和等溫滴定量熱法進行確認。hCT在與奈米粒子共培育之後，其纖維含量則進一步使用Bis-ANS和尼羅紅試劑進行確認。剩餘的可溶性蛋白單體或寡聚物的含量通過凝膠電泳進行評估。本研究結果將有助於hCT藥物配方的開發，其中Fe3O4@Chl/Fe展現提高hCT的穩定性和生物活性的應用潛力。 蛋白質聚集和類澱粉纖維的形成是生物製劑開發過程中經常面臨的挑戰。在治療用胜肽藥物的開發中，hCT是一個被廣泛研究的經典例子。到目前為止，由於hCT的高聚集性和類澱粉纖維形成的傾向，它已被鮭魚降鈣素(sCT)替代於藥物配方中。儘管一些具有高序列同源性的hCT變異體已被設計出來以解決蛋白質聚集問題，但仍可能引發免疫反應，並且hCT變異體的生物活性尚未得到深入的評估。蛋白質的構象或胺基酸側鏈殘基的修飾對其與受體蛋白的親和力有顯著影響，因此開發具有穩定性且保有功能的新型替代分子，仍為當前研究重點。如果選擇hCT作為活性藥物成分，迫切需要一種良好的抑制劑來穩定hCT並防止類澱粉纖維形成。一些多酚化合物，包括表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin-3-gallate）、厚朴酚（magnolol）、厚朴脂酚（honokiol）以及一些具有兒茶酚基團的分子，已被證明可以抑制hCT的類澱粉纖維形成；然而，這些天然化合物通常在溶液中會發生氧化而影響其穩定性與效果。在研究團隊之前的研究中顯示，多巴胺和二氫咖啡酸在未氧化的形式下，能有效抑制hCT的類澱粉纖維形成，除了這類從植物中提取的分子，血紅素這種與二價鐵複合的卟啉環，特別是在哺乳動物中發現的，也被證明可以抑制類澱粉蛋白的聚集。因此，在本研究中，合作團隊屏東大學應用化學系廖美儀老師實驗室協助合成了簇狀結構卟啉衍生物包覆的氧化鐵奈米粒子，無需繁瑣的步驟。Fe2+在大環中心孔中的六配位數比四配位的Chl/C複合物更穩定。因此，這種由Fe2+中心離子穩定的葉綠素框架將在水溶液中的分散性、吸附數量相較於Fe3O4@Chl/Cu，更能發揮關鍵作用（如圖1）。本實驗結果再次強調，奈米材料的穩定性和適當的表面修飾是奈米顆粒與蛋白質相互作用的兩個關鍵因素。研究團隊成功地利用一種易於製備的奈米材料，來防止hCT類澱粉纖維的形成，這些發現可以為未來hCT藥物生產的開發提供一種新型劑的選擇。 圖1：葉綠素氧化鐵奈米粒子再現新功能：穩定降鈣素並抑制降鈣素類澱粉纖維的形成 原文出處：Wu, Y. H., Chang, Y. P., Hsu, C. C., Chen, Y. L., Lin, P. H., Hsu, T. W., Liu, W. M., Lai, Y. J., Liao, M. Y., & Tu, L. H. (2023). Synthesis of Fe3O4-Chlorophyllin Nanoparticles for Preventing Amyloid Formation by Human Calcitonin. ACS Applied Nano Materials, 6(13), 12598-12608. https://doi.org/10.1021/acsanm.3c02664