In vivo nanoparticle imaging: organelle encapsulation into bacterial membrane vesicles

体内纳米颗粒成像：细胞器封装到细菌膜囊泡中

基本信息

批准号：
22K19915
负责人：
田代陽介
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19915/
关键词：
膜小胞ガス小胞超音波 BRET 微粒子オルガネラ

项目摘要

細菌から細胞外に放出される直径約100 nmの微粒子である膜小胞は、宿主細胞へ病原因子を運搬する機能を有しており、多くの重篤感染症において重要な役割を担っている。膜小胞と疾病との関連性を理解するためには、細菌から放出された膜小胞を非侵襲で生体深部まで可視化する技術の確立が必要である。また、膜小胞は抗原や免疫誘発因子を細胞に送達する機能を有することから、生産性・安全性・安定性に優れたワクチン担体としても注目を浴びている。ワクチンの安全性評価・免疫獲得機構解明、さらにはドラッグデリバリー媒体の有用性評価においても、接種後における膜小胞の生体内動態の理解は非常に重要な情報となり得る。以上の背景から、生体深部に存在する膜小胞を非侵襲で可視化する技術構築を本研究の目的とした。その達成に向け、超音波と蛍光検出を併用した生体内での膜小胞イメージング技術の創出を目指した。細菌のオルガネラであるガス小胞は、疎水性タンパク質で構成され、内部には細胞質に溶解している気体が充填されている。ガス小胞は超音波共鳴効果を有しており、超音波画像法の造影剤として有用である。さらに発光タンパク質と蛍光タンパク質複合体の発光共鳴エネルギー移動(BRET)により、基質添加で生体透過性の高い長波長光を発することが可能である。初年度では、膜小胞内へのガス小胞と発光タンパク質封入の検討を行った。大腸菌にガス小胞を形成させることは可能であったものの、膜小胞内への封入にはさらなる検討が必要であった。一方、発光検出用の膜小胞作製においては、大腸菌の主要外膜タンパク質であるOmpAに発光タンパク質と蛍光タンパク質を連結させ、長波長光を発する膜小胞を取得した。

膜囊泡是细菌释放到细胞外的直径约100 nm的微粒，具有将致病因子转运至宿主细胞的功能，在许多严重的感染性疾病中发挥着重要作用。为了了解膜囊泡与疾病之间的关系，有必要建立一种非侵入性可视化体内深处细菌释放的膜囊泡的技术。此外，由于膜囊泡具有向细胞传递抗原和免疫诱导因子的功能，因此作为具有优异的生产率、安全性和稳定性的疫苗载体而受到关注。了解疫苗接种后膜囊泡的体内动态，可以为评估疫苗的安全性、阐明免疫获得机制，甚至评估药物输送载体的有用性提供极其重要的信息。基于上述背景，本研究的目的是开发一种非侵入性可视化存在于生物体深处的膜囊泡的技术。为了实现这一目标，我们的目标是结合超声和荧光检测来创建体内膜囊泡成像技术。气体囊泡是细菌的细胞器，由疏水性蛋白质组成，充满溶解在细胞质中的气体。气泡具有超声共振效应，可用作超声成像的造影剂。此外，通过添加底物，由于发光蛋白和荧光蛋白复合物之间的发光共振能量转移（BRET），可以发射具有高生物渗透性的长波长光。第一年，我们研究了将气体囊泡和发光蛋白封装到膜囊泡中。尽管在大肠杆菌中可以形成气体囊泡，但仍需要进一步研究将它们封装在膜囊泡内。另一方面，在生产用于发光检测的膜囊泡时，将发光蛋白和荧光蛋白与大肠杆菌的主要外膜蛋白OmpA连接，以获得发射长波长光的膜囊泡。