一种内源性纳米探针、其制备方法及应用技术

本发明专利技术属于生物医药领域，涉及一种内源性纳米探针、其制备方法及应用。该纳米探针是携带非氧依赖的可控调节荧光标签的外膜囊泡，具有天然的细菌外膜结构，在有氧或厌氧环境中可视化识别、跟踪或抑制靶标。该纳米探针的尺寸为40

【技术实现步骤摘要】
一种内源性纳米探针、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于生物医药领域，涉及一种内源性纳米探针、其制备方法及应用，具体应用包括该纳米探针生物传感、成像、疾病检测和制药方面的应用。

技术介绍

[0002]人类肠道微生物群由大约10
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100万亿个微生物细胞组成。作为一种主要的效应成分，据估计有超过1000种细菌通过肠
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肝、肠
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肺、肠
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脑等轴来维持代谢稳态，调节宿主的免疫和神经系统，在人类健康方面发挥着关键作用。这些肠道细菌的背后，存在大量的平均大小约20
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250nm的外源膜囊泡(Outer Membrane Vesicles,OMV)，OMV是从细菌的外表面释放出来，且保留着外膜固有的功能。OMV保留了亲本细菌相关的细胞内物质，在细菌的种间和种内生物学行为中起着至关重要的作用，如细胞间通讯、对噬菌体感染的抵抗、细胞代谢物的输出和毒性。除了微生物王国间通信(Inter
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Kingdom Communication)，已证明肠道共生微生物释放的OMV对免疫系统的成熟至关重要，而病原体产生的OMV可促进宿主的炎症和感染。大量研究表明，肠道菌群衍生的OMV可以转移到其他主要器官，并导致各种功能障碍。也有报道称，血清和尿液中OMV的积累水平可以反映多种肿瘤的发病机制和进展。
[0003]尽管OMV具有重要作用，但是，目前能够跟踪和分析肠道菌群相关OMV以从根本上了解其对宿主生理和病理生理的最终影响的合适方法非常有限。尽管Bittel,M.等以在细菌和宿主细胞中分别表达CRE
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重组酶和报告分子作为背景，公开了一种在体内跟踪omv的简便方法(Visualizing transfer of microbial biomolecules by outer membrane vesicles in microbe
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host
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communication in vivo,J Extracell Vesicles.2021,10,e12159.)，但是，据了解，至今有关能够成像并跟踪OMV分布及OMV与肠道内肠道微生物和哺乳动物宿主细胞之间相互作用的可视化策略还没有公开或报道。由此，对于可适用于活体的可成像探针的需求一直存在，这对复杂生物过程的可视化至关重要。
[0004]具体地，与小分子探针不同，由于纳米探针自身的诸多优点，诸如固有的理化可调性，易于功能化改造，较高的敏感性、特异性和靶向能力等，纳米探针一直是本领域研究人员的研究对象之一。迄今为止，人们已经制备了多种具有吸引力的纳米探针，主要包括无机碳点和量子点、有机聚合物、胶束和囊泡以及无机
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有机混合纳米颗粒。
[0005]考虑到纳米尺寸及其效果，纳米探针在体内具有获得优越的性能，诸如深度穿透性和在不同组织中分布的可调节性，为了更好地可视化活的生物系统的动态过程，设计智能纳米探针用于在复杂的生理环境中获取实时的原位信息，特别是，依赖于使用特定的生理标记物作为刺激物的刺激响应型探针已经被广泛探索，旨在用于传感、生物成像和疾病诊断。例如，已开发出活性氧(ROS)敏感型纳米探针，以识别急性肝衰竭和骨关节炎的发生和进展；已制作出缺氧、pH和偶氮还原酶响应型纳米探针，以高效和特定的方式检测肿瘤。然而，大多数已公开的纳米探针缺乏快速的按需信号开关和可逆可变信号，不能用于多模态成像。
[0006]再者，传统的纳米探针属于外源性物质，不适合监测生命系统中特定的生物过程，
如OMV在肠道中的分布以及与周围环境的相互作用。由于肠道内存在厌氧微环境，仍然需要来自纳米探针信号独立于氧分子的报告来跟踪OMV，因此，现有的纳米探针还不能用直接地用于体内跟踪OMV并成像，更不能检测生命系统中特定的生物过程。

技术实现思路

[0007]考虑到现有技术中上述不足和生物医药领域对内源性探针及其成像的需求，本专利技术旨在提供一种内源性纳米探针、其制备方法及应用，具体应用包括该纳米探针生物传感、成像、疾病检测和制药方面的应用。
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种内源性纳米探针，携带荧光激活和吸收转移标签(Fluorescence
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Activating and Absorption
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Shifting Tag,FAST)的纳米囊泡，其中该纳米囊泡是由携带pQE60
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FAST
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His的大肠杆菌(EcN)产生的外膜囊泡(OMV)，具有天然的结构和氧分子独立的发射光谱，在有氧或厌氧环境中可视化识别、跟踪或抑制靶标。
[0009]进一步地，该纳米囊泡是携带pQE60
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FAST
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His的大肠杆菌EcN在添加氨苄西林的培养基中培养，经IPTG诱导，培养，添加卡那霉素，产生的外膜囊泡。
[0010]进一步地，该靶标可以是肠道菌群中的一种细菌、病原菌或肠道上皮细胞。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种制备内源性纳米探针的方法，其包括：
[0012]构建质粒pQE60
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FAST
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His，转化至大肠杆菌；
[0013]筛选，获得耐氨苄西林的菌株；
[0014]诱导，在添加终浓度4.0
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10.0mg/l卡那霉素的培养基中培养、分离，获得携带FAST标签的外膜囊泡FAST
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OMV，其中该外膜囊泡是携带FAST标签的内源性纳米探针。
[0015]优选地，卡那霉素的终浓度为6.0
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9.0mg/l，更优选地，6.25mg/l。
[0016]进一步地，在诱导剂IPTG下进行诱导，IPTG的终浓度为0.5M。
[0017]进一步地，该外膜囊泡产率为1.5
×
10
11
个/ml或更多。
[0018]进一步地，该纳米囊泡具有天然的外膜囊泡结构和氧分子独立的发射光谱，在有氧或厌氧环境中可视化识别、跟踪或抑制靶标。优选地，追踪细菌外膜囊泡与肠道菌群或者肠上皮细胞之间的相互作用。
[0019]第三方面，本专利技术还提供了上述内源性纳米探针在制备预防、减缓或治疗肠道疾病的药物方面的用途。
[0020]进一步地，该肠道疾病为炎症性肠病及肠道炎症引发的癌症。更具体地，该肠道疾病是细菌感染导致的肠炎。优选地，该疾病是沙门氏菌诱导的肠炎。
[0021]第四方面，本专利技术还提供了一种生物传感体系，其至少包括本专利技术所述的纳米探针。
[0022]第五方面，本专利技术还提供了一种生物成像系统，其至少包括本专利技术所述的纳米探针，在生物体内实时跟踪并成像。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术的内源性纳米探针，特异性强，效率高，具有按需荧光开关和可逆切换发射波段的灵活性，可用于智能和双色成像，由此显著本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内源性纳米探针，其特征在于，所述纳米探针携带非氧依赖的可控调节荧光标签的纳米囊泡，其中，所述纳米囊泡是由携带pQE60
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FAST
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His的大肠杆菌EcN产生的外膜囊泡，具有天然的结构和氧分子独立的发射光谱，在有氧或厌氧环境中可视化识别、跟踪或抑制靶标。2.根据权利要求1所述的内源性纳米探针，其特征在于，所述外膜囊泡的尺寸为40
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100nm。3.一种制备内源性纳米探针的方法，其特征在于，所述方法包括：构建质粒pQE60
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FAST
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His，转化至大肠杆菌；筛选，获得耐氨苄西林的菌株；诱导，在添加4.0
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10.0mg/l卡那霉素的培养基中培养、分离，获得大小均一的外膜囊泡，其中所述外膜囊泡是携带FAST标签的内源性纳米探针。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尽尧，曹浈萍，刘蕊，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属仁济医院，
类型：发明
国别省市：