Modification of PEG reduces the immunogenicity of biosynthetic gas vesicles

一、文献基础信息

· 标题：Modification of PEG reduces the immunogenicity of biosynthetic gas vesicles

· 期刊：Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

· DOI：10.3389/fbioe.2023.1128268

· 原文链接：https://www.frontiersin.org/journals/bioengineering-and-biotechnology/articles/10.3389/fbioe.2023.1128268/full

· 发表时间：2023-03-06

· 作者：Yuanyuan Wang, Meijun Fu, Yaozhang Yang, Jinghan Zhang, Zhaomeng Zhang, Jingling Xiao, Yingjie Zhou, Fei Yan（中科院深圳先进院等单位）

· 通讯作者：Fei Yan（闫飞）、Yingjie Zhou（周英杰）

二、文献核心主要内容

研究背景

古菌来源生物合成气体囊泡 (GVs, gas vesicles)是一种蛋白外壳的纳米级超声造影剂，可用于超声分子成像；粒径纳米级别，能够穿出血管，具备肿瘤成像潜力。但 GVs 蛋白外壳会被机体网状内皮系统（RES，肝脏 Kupffer 巨噬细胞）大量吞噬，还会诱发机体免疫原性，限制体内应用。PEG 聚乙二醇修饰是纳米材料经典 “隐形化” 策略，本研究评价 PEG 修饰后气体囊泡（PEG-GVs）的免疫原性、体内生物分布与超声成像性能。

下图为图 1 GVs 与 PEG-GVs 制备与表征示意图

图 1A：制备流程；古菌裂解提取天然气体囊泡（GVs），EDC/NHS 介导酰胺反应，将氨基-PEG 共价偶联至 GVs 蛋白外壳，得到 PEG-GVs；B：透射电镜；C：Zeta 电位；D：水合粒径分布。PEG 修饰后 Zeta 电位由强负电（-35.53 mV）变为接近中性，水合粒径轻微增大，证明 PEG 成功修饰在 GVs 表面。

核心实验结果

1. 体外吞噬与免疫原性 天然 GVs 易被 RAW264.7 巨噬细胞吞噬；PEG 修饰后 PEG-GVs 可逃逸巨噬细胞吞噬。 天然 GVs 会显著诱导树突状细胞 DC 成熟（CD80/CD86 上调），促炎相关因子 TGF-β 分泌升高；PEG 修饰可以显著抑制 DC 细胞活化，降低免疫原性。

2. 体内免疫应答（小鼠脾脏免疫细胞检测）

· 未修饰 GVs：促进 M1 型促炎巨噬细胞极化、树突状细胞成熟，激活 CD4⁺、CD8⁺ T 淋巴细胞，诱发较强免疫应答；

· PEG-GVs：M1 巨噬细胞、成熟 DC、T 细胞活化水平显著回落，免疫反应明显减弱。

利用西安瑞禧 ICG-NHS ester对 GVs、PEG-GVs 进行共价荧光标记，活体近红外成像观察体内分布：天然 GVs 大量富集于肝脏；PEG-GVs 肝脏滞留显著降低，血液循环时间延长。

1. 肿瘤超声造影成像 MB49 膀胱癌荷瘤小鼠模型，尾静脉注射给药：

· GVs 组：超声信号快速衰减，120 s 后信号基本消失；

· PEG-GVs 组：肿瘤部位超声造影信号维持更长时间；施加高能超声脉冲可直接破坏 PEG-GVs，造影信号消失，再次证明信号来源于气体囊泡。

研究结论

PEG 共价修饰古菌来源气体囊泡（PEG-GVs），能够降低巨噬细胞吞噬、减弱免疫原性、延长体内循环时间，提升肿瘤超声造影成像效果；为生物合成型气体囊泡走向分子成像临床转化提供重要实验依据。

三、关键实验材料：西安瑞禧生物 ICG-NHS ester（吲哚菁绿-NHS 活性酯）

表格

在本文中的功能

1. 共价荧光标记气体囊泡：GVs/PEG-GVs 蛋白外壳存在大量氨基，ICG-NHS ester 与之发生酰胺反应，将近红外荧光染料共价接在气体囊泡表面；

2. 体内外示踪工具：

· 体外：共聚焦、流式细胞仪检测巨噬细胞对 GVs/PEG-GVs 的吞噬；

· 体内：IVIS 活体近红外成像系统追踪纳米粒在小鼠各脏器（心、肝、脾、肺、肾）的生物分布，定量分析脏器荧光信号强度，对比 PEG 修饰前后体内命运差异。

3. 反应后通过多次 PBS 离心洗涤去除未反应游离 ICG-NHS ester，消除游离染料对实验的干扰。

拓展应用

ICG-NHS-ester 是纳米领域通用近红外标记试剂，可标记蛋白、多肽、脂质体、高分子纳米粒、囊泡等，用于细胞示踪、活体生物分布、荧光-超声多模态成像。