一种铁蛋白磁光纳米粒子及其制备方法和应用

本发明属于生物医学，涉及一种铁蛋白磁光纳米粒子及其制备方法和应用。

背景技术：

1、非梗阻性无精症与睾丸生精功能衰竭导致精子生成障碍有关，由于致病因素较为复杂，治愈难度较大。针对该类患者，可通过卵泡浆内单精子注射技术，即利用获取的一个精子并将其注射入卵细胞胞质内完成受精过程。因此，如何在体有效获取健康精子是实现成功受精的关键。现有的睾丸取精技术包括：1)睾丸切开取精术：通过切口皮肤，在睾丸表面做一小的切口获取少量的睾丸组织，其具有较大的随机性，并且创伤较大；2)睾丸穿刺取精术：利用穿刺针直接透过皮肤穿入睾丸内，通过负压吸取少量的睾丸组织，同样具有随机性，但创伤较小；3)睾丸显微取精术：通过切口皮肤和睾丸白膜，将生精小管暴露，在显微镜观察下挑取最有可能有精子的生精小管。可以看出，包括睾丸显微取精术在内，上述方法在精子获取方面具有极大的随机性。

2、发展精准的可视化标记技术，实现睾丸内精子分布标记，有助于术前指证局部生精区域，这对于提高手术成功率、降低手术损伤具有重要意义。如何实现标记信号的实时、精准读出是需要解决的另一关键问题。荧光成像技术具有直观可视化、高灵敏、实时动态、绿色便捷等一系列优势在生物医学影像领域具有及其重要的应用。近红外荧光(波长范围650-2500nm)成像技术突破了传统可见光(波长范围400-650nm)成像面临的组织穿透瓶颈，在时空分辨率上也进一步实现数量级的提升。但目前有效的基于荧光成像技术指导进行取精的方法鲜有报道。

3、综上所述，开发基于荧光成像技术指导进行取精的方法，以实现精准、高效获取精子，对于体外取精领域具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足和实际需求，本发明提供一种铁蛋白磁光纳米粒子及其制备方法和应用，本发明开发一种基于铁蛋白的磁光纳米粒子，能够靶向性标记精子，实现对精子的精准示踪，同时其磁功能特性有利于对精子进行富集，为体外取精提供新思路。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种铁蛋白磁光纳米粒子，所述铁蛋白磁光纳米粒子包括铁蛋白、近红外荧光试剂和纳米磁性材料，所述近红外荧光试剂和纳米磁性材料被包覆于铁蛋白内腔中。

4、本发明中，铁蛋白是一种脱铁蛋白组成的糖蛋白，由多个亚基自组装形成蛋白质外壳和铁内核，人工条件下的铁蛋白具有中部空腔的笼状结构，基于铁蛋白作为载体，通过在其内腔负载近红外荧光试剂及纳米磁性材料，铁蛋白能够靶向精子细胞表面高表达的转铁蛋白受体，实现对精子的精确标记，基于近红外荧光试剂，可利用近红外荧光成像实现对精子的精确示踪，基于纳米磁性材料，可利用磁分离实现精子细胞的无损获取。此外，铁蛋白能够有效跨越血睾屏障，可实现对睾丸内局部生精区域精子细胞的高效标记，在近红外荧光影像指导下实现生物取材，进一步基于磁分离实现精子细胞的无损获取，制备与应用示意图如图1所示，为非梗阻无精症患者的睾丸取精提供新思路，具有十分重要的意义。

5、可以理解，具有核壳结构的铁蛋白均能适用于本发明。

6、优选地，所述铁蛋白选自天然铁蛋白、重组铁蛋白或其突变体。

7、优选地，所述铁蛋白为全人源铁蛋白。。

8、优选地，所述近红外荧光试剂包括近红外量子点、近红外稀土纳米颗粒或近红外小分子染料中的任意一种或至少两种的组合。

9、优选地，所述近红外量子点包括ag2s、ag2se、ag2te、agause、au:ag2te、au:ag2s、ag2sexs1-x、ag2se@ag2s、ag2te@ag2s、ag2s@zns、zn:ag2s、zn:ag2se、zn:ag2te、ag2s-zns、mn@ag2s-zns、inas、inasxp1-x或insb中任意一种或至少两种的组合，0<x<1。

10、优选地，所述近红外稀土纳米颗粒包括nalnf4:yb,er,ce@nalnf4、nalnf4:yb,tm@nalnf4、nalnf4:yb,ho@nalnf4、naerf4:ho@nayf4、naerf4:ce@naybf4@nalnf4、nalnf4:nd@nalnf4或nalnf4:yb,er,ce@nayyf4:yb@nalnf4:nd中任意一种或至少两种的组合，其中，ln为lu、gd或y。

11、优选地，所述近红外小分子染料为icg、irdye800cw、ir783、ir26、ir1061、flav7、fd1080、lz dyes、ir1048、ch1055、lc-1250、btc1070、sy1100或5h5中任意一种或至少两种的组合。

12、优选地，所述纳米磁性材料包括超顺磁氧化铁纳米颗粒、fe单质纳米粒子、co单质纳米粒子、ni单质纳米粒子、fe合金、ni合金、co合金、nio、coo或mn2o3中任意一种或至少两种的组合。

13、第二方面，本发明提供第一方面所述的铁蛋白磁光纳米粒子的制备方法，所述制备方法包括：

14、将铁蛋白解聚成寡聚体，利用缓冲液将所述寡聚体稀释至低于其临界组装浓度，将稀释后寡聚体与近红外荧光试剂和纳米磁性材料混合，得到混合物，浓缩混合物至铁蛋白组分的浓度高于其临界组装浓度，得到所述铁蛋白磁光纳米粒子。

15、优选地，所述缓冲液包括tris(三羟甲基氨基甲烷)、mops(3-吗啉丙磺酸)或碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液体系等。

16、优选地，所述制备方法还包括后处理过程，所述后处理过程包括：对所述铁蛋白磁光纳米粒子进行去溶剂处理，再采用蔗糖密度梯度离心方法纯化。

17、第三方面，本发明提供第一方面所述的铁蛋白磁光纳米粒子在制备活体精子细胞示踪产品中的应用。

18、本发明的铁蛋白磁光纳米粒子能够靶向标记精子细胞，从而可有效应用于制备活体精子细胞示踪产品。

19、第四方面，本发明提供一种活体精子细胞示踪剂，所述活体精子细胞示踪剂包括第一方面所述的铁蛋白磁光纳米粒子。

20、优选地，所述活体精子细胞示踪剂还包括药学上可接受的辅料。

21、优选地，所述辅料包括载体、润湿剂、增溶剂、渗透压调节剂、包衣材料、着色剂、ph调节剂、抗氧剂、抑菌剂或缓冲剂中的任意一种或至少两种的组合。

22、第五方面，本发明提供第一方面所述的铁蛋白磁光纳米粒子在精子示踪及成像中的应用。

23、本发明中，基于铁蛋白能够靶向精子细胞表面高表达的转铁蛋白受体，实现对精子的精确标记，基于近红外荧光试剂，可利用近红外荧光成像实现对精子的精确示踪，基于纳米磁性材料，可利用磁分离实现精子细胞的无损获取，因此，铁蛋白磁光纳米粒子可有效应用于对精子细胞的准确示踪，如对体外复杂样本中的精子进行标记示踪以及分离富集，对精子细胞行为的基础研究中等等。

24、第六方面，本发明提供一种精子示踪及成像方法，所述方法包括：

25、利用第一方面所述的铁蛋白磁光纳米粒子与精子接触，通过近红外荧光成像示踪精子。

26、第七方面，本发明提供一种分离精子的方法，所述方法包括：

27、利用第一方面所述的铁蛋白磁光纳米粒子与精子接触，通过磁性吸附收集精子。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、(1)本发明利用铁蛋白亚基组装形成的内部空腔对近红外荧光试剂及纳米磁性材料进行负载，与传统的表面共价或非共价修饰策略相比，可更好的保留铁蛋白天然的生物功能和活性，实现血睾屏障的高效跨越及精子标记；

30、(2)本发明通过近红外荧光成像具备的高组织穿透、高时空分辨特性实现对睾丸内局部生精区域的精准定位及影像指导取材，利用纳米粒子磁功能特性，实现取材组织内精子的分离纯化，从而为非梗阻无精症患者的睾丸取精提供高效、精准策略。