Protein-based nanoparticles have developed rapidly in areas such as drug delivery, biomedical imaging and biocatalysis. Ferritin possesses unique properties that make it attractive as a potential platform for a variety of nanobiotechnological applications. Here we synthesized magnetoferritin (P-MHFn) nanoparticles for the first time by using the human H chain of ferritin that was expressed by Pichia pastoris (P-HFn). Western blot results showed that recombinant P-HFn was successfully expressed after methanol induction. Transmission electron microscopy (TEM) showed the spherical cage-like shape and monodispersion of P-HFn. The synthesized magnetoferritin (P-MHFn) retained the properties of magnetoferritin nanoparticles synthesized using HFn expressed by E. coli (E-MHFn): superparamagnetism under ambient conditions and peroxidase-like activity. It is stable under a wider range of pH values (from 5.0 to 11.0), likely due to post-translational modifications such as N-glycosylation on P-HFn. In vivo near-infrared fluorescence imaging experiments revealed that P-MHFn nanoparticles can accumulate in tumors, which suggests that P-MHFn could be used in tumor imaging and therapy. An acute toxicity study of P-MHFn in Sprague Dawley rats showed no abnormalities at a dose up to 20 mg Fe Kg-1 body weight. Therefore, this study shed light on the development of magnetoferritin nanoparticles using therapeutic HFn expressed by Pichia pastoris for biomedical applications.

中文翻译：

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毕赤酵母表达的人H链铁蛋白磁性铁蛋白纳米颗粒的合成、表征及应用

基于蛋白质的纳米粒子在药物递送、生物医学成像和生物催化等领域发展迅速。铁蛋白具有独特的特性，使其成为各种纳米生物技术应用的潜在平台。在这里，我们首次利用毕赤酵母 (P-HFn) 表达的铁蛋白的人 H 链合成了磁铁蛋白 (P-MHFn) 纳米颗粒。Western blot结果表明，甲醇诱导后重组P-HFn表达成功。透射电子显微镜 (TEM) 显示 P-HFn 呈球形笼状和单分散性。合成的磁铁蛋白 (P-MHFn) 保留了使用大肠杆菌表达的 HFn 合成的磁铁蛋白纳米粒子的特性 (E-MHFn)：环境条件下的超顺磁性和过氧化物酶样活性。它在更宽的 pH 值范围内（从 5.0 到 11.0）稳定，这可能是由于翻译后修饰，例如 P-HFn 上的 N-糖基化。体内近红外荧光成像实验表明，P-MHFn纳米粒子可以在肿瘤中积累，这表明P-MHFn可用于肿瘤成像和治疗。在 Sprague Dawley 大鼠中进行的 P-MHFn 急性毒性研究显示，在高达 20 mg Fe Kg-1 体重的剂量下没有异常。因此，这项研究阐明了使用毕赤酵母表达的治疗性 HFn 开发用于生物医学应用的磁铁蛋白纳米颗粒。体内近红外荧光成像实验表明，P-MHFn纳米粒子可以在肿瘤中积累，这表明P-MHFn可用于肿瘤成像和治疗。在 Sprague Dawley 大鼠中进行的 P-MHFn 急性毒性研究显示，在高达 20 mg Fe Kg-1 体重的剂量下没有异常。因此，这项研究阐明了使用毕赤酵母表达的治疗性 HFn 开发用于生物医学应用的磁铁蛋白纳米颗粒。体内近红外荧光成像实验表明，P-MHFn纳米粒子可以在肿瘤中积累，这表明P-MHFn可用于肿瘤成像和治疗。在 Sprague Dawley 大鼠中进行的 P-MHFn 急性毒性研究显示，在高达 20 mg Fe Kg-1 体重的剂量下没有异常。因此，这项研究阐明了使用毕赤酵母表达的治疗性 HFn 开发用于生物医学应用的磁铁蛋白纳米颗粒。