中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，简称SHMFF）是国家发改委支持的“十一五”国家重大科技基础设施。SHMFF法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学。各项任务以中国科学院强磁场科学中心为依托... 更多简介 +
近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心王俊峰研究员课题组，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），在蛋白仿生矿化与金属有机框架（MOFs）结合的研究中取得重要进展，成功构建了一种由蛋白笼包裹的生物型纳米金属有机框架材料，大幅提升了其结构稳定性、亲水性、生物相容性和药物负载能力。相关研究成果发表在国际权威期刊Nano Letters上。
金属有机框架（MOFs）因其高孔隙率、可调节的结构和优异的药物负载能力，近年来备受关注。然而，MOFs在生物应用中存在稳定性、亲水性和生物利用度较低及药物泄漏等问题，限制了其在生物医学领域的广泛应用。在肿瘤药物靶向递送中，亟需开发更稳定、高效的纳米载体，以提高药物递送效率并降低毒性。
在本研究中，团队基于此前的仿生矿化技术研究（Journal of Materials Chemistry B, 2017；ACS Applied Materials & Interfaces, 2020；PNAS, 2022, Chemical Engineering Journal, 2023, Small 2024），利用生物矿化的BSA（牛血清白蛋白）作为模板，成功调控了锌基MOF（ZIF-8）的晶体结构，合成了具有高稳定性和尺寸均一性的生物型MOF材料（BSA@ZIF-8）。这种由矿化蛋白BSA调控金属节点的纳米结构将MOFs的尺寸从150 nm显著降低至65 nm，并提升了其在复杂生物环境中的稳定性和生物相容性。实验结果表明，与传统的ZIF-8相比，BSA@ZIF-8在体外和体内均表现出显著的抗肿瘤药物递送效果。特别是在负载抗癌药物多柔比星（Doxorubicin, DOX）后，BSA@ZIF-8能够在肿瘤微环境的酸性条件下（pH 5.0）实现精准释放，同时在中性条件下（pH 7.4）保持稳定，显著减少了药物的非特异性泄漏。研究显示，BSA@ZIF-8的最大药物载量达到了16μg/mg，并能高效富集进入肿瘤细胞内部。此外，通过SHMFF核磁共振（NMR）、二维及三维细胞荧光实验等多种技术手段，研究进一步揭示了BSA@ZIF-8与肿瘤细胞的相互作用机制及药物释放机制。结果表明，BSA蛋白的外壳结构不仅显著提高了MOFs的生物稳定性，还增强了肿瘤细胞的靶向性和药物递送效率。
该研究的实验结果在体内小鼠模型中得到进一步验证。与传统载药MOFs相比，BSA@ZIF-8在抑制肿瘤生长方面展现了优越的效果，治疗组小鼠的肿瘤体积显著缩小，并显示出更长的生存时间。此外，该材料的血液学和组织学分析也显示出良好的生物相容性，未引起明显的毒性反应。本研究不仅展示了BSA@ZIF-8在肿瘤治疗中的应用潜力，还为未来蛋白-金属有机框架的设计和功能化提供了新的思路，进一步推动了纳米医学和肿瘤治疗领域的发展。
强磁场中心博士后Sajid ur Rehman、健康所博士后孔帅、强磁场中心博士研究生张静为共同第一作者，强磁场中心王俊峰研究员、马坤副研究员及健康所蒋远副研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了科技部外国青年专家计划、国家自然科学基金、科技部重大专项、中国科学院合肥物质院院长基金等的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c04147?ref=pdf
图1:生物型MOF BSA@ZIF-8结构状态的透射电镜图
图2:展示了用于靶向药物输送的 BSA 笼状 MOF 的创建过程。封装的化疗药物DOX在酸性微环境中被策略性地释放，从而诱导恶性细胞凋亡。
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