Micro- and nano-scale intelligent devices can revolutionize the medical field. Although proteins are promising materials for creating biocompatible miniature medical devices with biological functions, construction of complicated solid-state architectures, using inherently vulnerable proteins, remains challenging. Here, I present a sophisticated strategy for constructing a multifunctional microparticle for medical applications using multiple proteins; this strategy achieved the retention of function, increased stability, and orientation control of the proteins in the fabricated particle. As proof-of-concept, the particle, designed to cope with excess reactive oxygen species (ROS) involved in many diseases, was constructed by combining three proteins with different functions. The body of the particle was fabricated using albumin and superoxide dismutase (SOD), and the antibody was incorporated into the surface of the particle in an orientation-controlled manner. The constructed protein microparticle exhibited coordinated activities for coping with ROS, such as capture of the ROS-secreting cells by the incorporated antibody, followed by the elimination of 70% ROS, secreted from the captured cells, by the SOD in the particle. Additionally, diapocynin, loaded to the particle via the drug-binding ability of albumin, was released from the particle, preventing ROS production in the cells. This multifunctional microparticle, constructed from proteins, will profoundly impact the development of intelligent protein-based miniature devices used in medical fields.

中文翻译：

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用于医疗用途的多功能蛋白质微粒

微米和纳米级智能设备可以彻底改变医学领域。尽管蛋白质是用于制造具有生物学功能的生物相容性微型医疗器械的有前途的材料，但使用固有易受攻击的蛋白质构建复杂的固态体系结构仍然具有挑战性。在这里，我提出了一种复杂的策略，可以使用多种蛋白质构建用于医学应用的多功能微粒。该策略实现了功能保留，增加的稳定性以及对制成颗粒中蛋白质的方向控制。作为概念验证，通过结合具有不同功能的三种蛋白质构建了旨在应对许多疾病中过量的活性氧（ROS）的颗粒。使用白蛋白和超氧化物歧化酶（SOD）制备颗粒的主体，并将抗体以方向受控的方式掺入颗粒的表面。所构建的蛋白质微粒显示出与ROS相对应的协同活性，例如通过掺入的抗体捕获ROS分泌细胞，然后通过粒子中的SOD消除了从捕获的细胞分泌的70％ROS。另外，通过白蛋白的药物结合能力装载到颗粒上的双阿波西宁从颗粒中释放出来，防止了细胞中ROS的产生。这种由蛋白质构成的多功能微粒将深刻影响医学领域中基于智能蛋白质的微型设备的开发。然后将抗体以取向控制的方式掺入颗粒表面。所构建的蛋白质微粒显示出与ROS相对应的协同活性，例如通过掺入的抗体捕获ROS分泌细胞，然后通过粒子中的SOD消除了从捕获的细胞分泌的70％ROS。另外，通过白蛋白的药物结合能力装载到颗粒上的双阿波西宁从颗粒中释放出来，防止了细胞中ROS的产生。这种由蛋白质构成的多功能微粒将深刻影响医学领域中基于智能蛋白质的微型设备的开发。然后将抗体以取向控制的方式掺入颗粒表面。所构建的蛋白质微粒显示出与ROS相对应的协同活性，例如通过掺入的抗体捕获ROS分泌细胞，然后通过粒子中的SOD消除了从捕获的细胞分泌的70％ROS。另外，通过白蛋白的药物结合能力装载到颗粒上的双阿波西宁从颗粒中释放出来，防止了细胞中ROS的产生。这种由蛋白质构成的多功能微粒将深刻影响医学领域中基于智能蛋白质的微型设备的开发。例如通过掺入的抗体捕获ROS分泌细胞，然后通过颗粒中的SOD消除捕获的细胞分泌的70％ROS。另外，通过白蛋白的药物结合能力装载到颗粒上的双阿波西宁从颗粒中释放出来，防止了细胞中ROS的产生。这种由蛋白质构成的多功能微粒将深刻影响医学领域中基于智能蛋白质的微型设备的开发。例如通过掺入的抗体捕获ROS分泌细胞，然后通过颗粒中的SOD消除捕获的细胞分泌的70％ROS。另外，通过白蛋白的药物结合能力装载到颗粒上的双阿波西宁从颗粒中释放出来，防止了细胞中ROS的产生。这种由蛋白质构成的多功能微粒将深刻影响医学领域中基于智能蛋白质的微型设备的开发。