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血栓性疾病已严重损害人类健康,近年来溶栓药的研发是希望得到既有良好溶栓效果又有较高药物安全性的新型溶栓剂。目前提高溶栓效果的策略主要为靶向策略,血栓主要成分不溶性纤维蛋白是其中主要靶点之一;降低药物系统性出血副作用的策略主要是改造溶栓剂,让其能选择性地溶解正在形成的血栓(病理性血栓)而不是定型的血凝块。铁蛋白纳米粒子作为优良载体,广泛存在于生物体内具有高度的生物安全性;采用多价结合的方式可同时携带多种靶向和药物分子,从而靶向载药于肿瘤处进行成像和治疗。但关于铁蛋白应用于血栓治疗方面的报道较少。本课题通过基因工程等技术对铁蛋白进行修饰,使其同时携带多种靶向和溶栓药物分子,并对所构建的蛋白纳米粒子进行一系列的表征、靶向、活性、溶栓效果和安全性等分析。研究主要分为三部分:(1)通过基因工程和蛋白质工程技术,选择纤维蛋白结合肽(FibPep)作为靶向分子修饰于铁蛋白重链亚基(FTH1)N端,选择凝血酶激活的低分子量单链尿激酶型纤溶酶原激活剂(T-uPA)作为溶栓分子修饰于铁蛋白重链亚基(FTH1)C端,成功构建出两种重组质粒并诱导表达出相应目的蛋白。将FibPep-FTH1与FTH1-T-uPA亚基通过变性混合和体外杂合复性的方法,成功制备出既有靶向又有溶栓功能的FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA。同时将未经修饰的小分子量FTH1与FTH1-T-uPA亚基以相同方法杂合复性得到FTH1/FTH1-T-uPA作为非靶向对照。通过Native-PAGE、蛋白组分分析、TEM和DLS实验进行表征,结果表明FTH1和FTH1-T-uPA、FibPep-FTH1和FTH1-T-uPA亚基分别经变复性后能够成功折叠并组装成铁蛋白的特征结构;FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA和FTH1/FTH1-T-uPA形态基本为中空笼状结构且分散较为均匀,TEM测定粒径分别为14.45 nm和13.41 nm,DLS测定水合粒径分别为29.8 nm和24.2 nm。研究成功解决了 Fibpep、T-uPA修饰于铁蛋白的关键问题,为血栓的靶向造影或治疗的临床应用提供新的铁蛋白纳米材料。(2)设计实验分析 FTH1/FTH1-T-uPA 和 FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA 的靶向和活性。纤维蛋白的结合实验表明,相比于非靶向性FTH1/FTH1-T-uPA,纤维蛋白结合肽FibPep存在于FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA表面可通过多价结合方式显著提高其与纤维蛋白结合的特性,结合百分比甚至大于80%,从而获得良好的靶向特性;凝血酶激活实验证明溶栓分子T-uPA均存在于两种蛋白纳米粒子的表面且均能被凝血酶成功激活;纤维蛋白平板法与发色底物法进一步表征 FTH1/FTH1-T-uPA 与FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA所具有的纤维蛋白溶解活性(分别约为1200 IU/mg和1400 IU/mg)和酰胺水解活性(分别约为860 IU/mg和1100 IU/mg)。研究为所制备的FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA可通过多价结合的方式来提高溶栓药的靶向性,并通过凝血酶作为标记区分病理性血栓和生理性止血塞来实现更高安全性的溶栓效果提供基础。这为溶栓药物具有优良靶向和低出血副作用的关键特性提供思路和方法。(3)设计实验评价 FTH1/FTH1-T-uPA 和 FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA 的溶栓效果及安全性。体外纤维蛋白与血凝块溶解实验表明,相比于非靶向性FTH1/FTH1-T-uPA,靶向性FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA具有更显著的体外溶解纤维蛋白与血凝块的性能;大鼠血栓动物模型实验表明,对于正在形成的血栓,靶向性FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA其溶栓效果显著优于非靶向性FTH1/FTH1-T-uPA,同时与商品化的尿激酶相比,达到相似的溶栓效果时,FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA所需治疗剂量更低(5000 IU/kg)。在安全性方面,体外定型血凝块溶解实验结果显示,与显著溶解定型血凝块的尿激酶相比,需要凝血酶激活的FTH1/FTH-uPA和FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA均无明显溶解定型血凝块的情况;体内小鼠活化部分凝血活酶时间(APTT)检测实验表明,即使将给小鼠治疗给药量提高一倍(10000U/kg),所制备的两种蛋白纳米粒子仍不会影响正常小鼠体内APTT值,说明具有较高的药物治疗安全性。这为通过靶向溶栓给药方式提高溶栓效果和降低毒副作用构建新型溶栓药物提供基础和思路。综上所述,所制备的FibPep-FTH1/FTH1-T-uPA由于具有较好的靶向特性,使得其具有更佳地体内溶解新生血栓的效果;同时,通过降低治疗剂量和其独特的凝血酶激活特性,获得了更好的安全性。这些研究为提高溶栓药物的靶向性和减少药物的不良反应提供理论依据;为构建理想的新型溶栓剂,提供了一种很有前景的纳米材料;也为探索蛋白纳米粒子在纳米生物医学的广阔应用前景提供基础。