磁性納米顆粒在巖石磁學、環(huán)境磁學、生物醫(yī)學和納米材料學中具有重要的研究和應用價值，尤其是生物源磁性納米顆粒由于其具有結晶好、粒度均一和生物相容性好等優(yōu)點而備受人們青睞。鐵蛋白是生物體內廣泛分布的儲鐵蛋白，蛋白殼外徑約10-12 nm, 內徑約8 nm, 是理想的納米反應器，被用于磁性納米顆粒的仿生礦化及應用研究。

納米尺寸效應是磁性納米顆粒最重要的性質。最近，我所中-法生物礦化與納米結構聯(lián)合實驗室博士研究生蔡垚和導師潘永信研究員等人，針對磁性鐵蛋白顆粒磁鐵礦內核的尺寸效應開展了較系統(tǒng)的實驗研究。利用基因工程重組的人鐵蛋白空殼，并通過控制鐵蛋白空殼的進鐵原子數，成功仿生礦化合成出2.7-5.3 nm的不同粒徑磁鐵礦核的人源磁性鐵蛋白納米顆粒（M-HFn）（圖1）。綜合利用透射電子顯微學、低溫磁學測量、細胞磁共振成像及腫瘤切片免疫組織化學染色等技術，系統(tǒng)研究了磁性鐵蛋白的納米尺寸效應。發(fā)現(xiàn)磁性鐵蛋白納米顆粒的飽和磁化強度、馳豫率及類過氧化物酶活性都隨著其磁鐵礦核粒徑的增大而升高（圖2 A-C）。最大核粒徑（平均5.3納米）的磁性鐵蛋白呈現(xiàn)最高的飽和磁化強度、最大的類過氧化物酶活性以及最高的橫向馳豫率(321 mM^-1 s^-1)，能夠實現(xiàn)MRI檢測到10⁴細胞/毫升濃度的MDA-MB-231乳腺癌細胞，并在免疫組織化學染色應用中顯示出最高的過氧化物酶染色靈敏度。

所合成的磁性鐵蛋白具有鐵蛋白殼包被，呈現(xiàn)單分散性、形狀近似球形、粒徑均一和無晶格缺陷等特性，是研究粒徑對于納米磁鐵礦性能影響的理想材料。該課題組前期研究已發(fā)現(xiàn)該納米材料可以不需要對蛋白殼進行傳統(tǒng)的靶向配體修飾就能夠主動靶向識別腫瘤細胞，能作為新型的腫瘤靶向型磁共振成像（MRI）造影劑，這種納米顆粒能夠跨越血管內皮細胞、外皮細胞和血腦屏障等體內生物屏障，實現(xiàn)小鼠體內直徑< 1-2 mm的微小腫瘤的核磁共振成像和早期診斷。這項最新研究結果表明，在不需要對基因工程重組的人H亞基鐵蛋白殼進行任何修飾，以及不對核的成分進行改變的情況下，僅通過增加磁鐵礦內核粒徑的大小，就能提高磁性鐵蛋白在磁共振成像及免疫組織化學染色應用中的效能，為研發(fā)新型納米鐵氧化物造影劑和腫瘤組織快速診斷試劑提供了重要依據。

本研究工作得到中國科學院創(chuàng)新團隊項目、國家重大科研裝備研制項目和國家自然科學基金項目的資助，成果已發(fā)表在國際期刊International Journal of Nanomedicine期刊上(Yao Cai et al. Enhanced magnetic resonance imaging and staining of cancer cells using ferrimagnetic H-ferritin nanoparticles with increasing core size. Int J Nanomed, 2015:10 2619-2634)。

圖1：合成的人源H亞基磁性鐵蛋白納米顆粒的電子顯微學分析結果. (A)低倍透射電子顯微圖，顯示良好單分散性（比例尺：10 nm）；(B)磁鐵礦晶體核的高分辨透射電子顯微圖（比例尺：1 nm）；(C) 選區(qū)電子衍射圖；(D) 粒徑統(tǒng)計直方圖。

圖2：(A) M-HFn的尺寸與靜磁相互作用R值、飽和磁化強度Ms、以及矯頑力Hc之間的關系；(B)用不同粒徑的M-HFn孵育MDA-MB-231腫瘤細胞后的T₂磁共振成像，(g)-(k)為粒徑5.3nm M-HFn孵育不同濃度腫瘤細胞后磁共振成像；(C)不同粒徑的M-HFn過氧化物酶活性分析,藍色和棕色分別是TMB和DAB底物顯色結果。在(B)和(C)圖中，(a)-(e)分別代表對照，M-HFn₁₀₀₀，M-HFn₃₀₀₀，M-HFn₅₀₀₀，M-HFn₇₀₀₀樣品的腫瘤細胞MRI和催化底物顯色結果。

原文鏈接：http://www.dovepress.com/enhanced-magnetic-resonance-imaging-and-staining-of-cancer-cells-using-peer-reviewed-fulltext-article-IJN