科學家將自然的細胞學現象轉化為藥物輸送系統
近日，來自美國俄亥俄州立大學的科學家開發了一種新的基因療法技術，將人類細胞成分轉化為大量納米顆粒的生產者，這些納米顆粒裝載了了遺傳物質，具有逆轉疾病進程的潛力。該研究發表于Nature Biomedical Engineering雜志（IF=17.135）上。
盡管這項研究還處于概念提出階段，但這種實驗性療法減緩了神經膠質瘤小鼠的腫瘤生長并延長了其存活期。神經膠質瘤是一種惡性腫瘤，占人類惡性腦瘤的80％。
該技術利用細胞釋放的外泌體——這種充滿液體的囊作為與其他細胞進行通訊的方式。外泌體作為治療材料的生物學友好載體而逐漸普及，因為它們數量龐大，不會引起免疫反應。而基于外泌體的基因治療的訣竅是找到一種方法，將那些比較大的遺傳性治療指令裝載至微小的囊泡體內使其具有一定的治療效果。
這種新方法依賴于專利技術，該技術能夠促使捐贈的人類細胞（例如成年干細胞）分泌出數百萬個外泌體，這些外泌體在被收集和純化后可用作含有藥物的納米載體。將外泌體注射到血液中后，它們能確切地知道在體內什么位置找到目標——即使目標在大腦中也是如此。
該研究的通訊作者、俄亥俄州立大學化學與生物分子工程名譽教授L. James Lee說：“這些外泌體就像是圣誕節禮物：禮物放在一個包裝好的容器中，該容器已付郵資，可以隨時使用。”
Lee指出，治療性納米粒子——外泌體是大自然贈予的禮物。
在2017年，Lee和他的同事掀起了一股有關再生醫學的研究熱潮，該發現被稱為組織納米轉染技術（tissue nanotransfection，TNT）。該技術使用基于納米技術的芯片將生物貨物直接輸送到皮膚中，將成年細胞轉化為任何感興趣的細胞類型，以便在患者自身體內進行治療。
通過進一步研究TNT成功的機制，Lee實驗室的科學家發現，外泌體是將再生物質輸送到皮膚表面以下組織的秘密。
科學家在納米工程芯片上放置了大約一百萬個捐贈的細胞（例如從人脂肪中收集的間充質細胞），并利用電刺激將合成的DNA注入供體細胞中。正如Lee所描述的，這種DNA強制注入的結果是，細胞需要排出不需要的物質，這些物質中包括DNA轉錄而來的信使RNA，并修復已經被戳破的細胞膜上的孔。
“這種方法可以實現一石二鳥：這些細胞將轉錄而來的RNA固定在細胞膜上，并將它們以“垃圾”的形式傾倒出去，”Lee說，“細胞扔掉的“垃圾袋”就是外泌體，從細胞排出“垃圾”是我們的藥物。”
電刺激在使細胞釋放的大量外泌體中的治療基因增加了一千倍，這表明該技術具有可擴展性，可以生產足夠的納米顆粒用于人體。
當然，對于任何基因治療來說，必不可少的是知道需要傳遞哪些基因來解決醫學問題。對于這項工作，研究人員選擇通過傳遞一種稱為PTEN的基因（一種抑癌基因）來測試神經膠質瘤這種腦腫瘤的結果。抑制作用喪失的PTEN突變會使癌細胞不受控制地生長。
對于俄亥俄州立大學納米工程中心的創始人Lee來說，生產基因是很容易的事情。這些被強制轉染到供體細胞的DNA，被轉錄成為信使RNA新分子，RNA具有產生特定蛋白質所需的翻譯模板。每個包含信使RNA的囊泡都被轉化為可運輸的納米顆粒，而無需擔心血腦屏障的穿越。
Lee說：“這樣做的好處是沒有毒性，也沒有激發免疫反應的能力。”外泌體幾乎遍及人體的任何地方，包括通過血腦屏障，大多數藥物無法進入大腦。
“我們不希望外泌體進入錯誤的地方。對外泌體進行重編程不僅要讓它們殺死癌細胞，還需要讓它們知道在哪里可以找到癌細胞，不能冤枉好人。”
在小鼠中進行的實驗表明，與對照組相比，這種被標記的外泌體更可能傳播到腦腫瘤并減慢其生長。Lee說，由于外泌體可以安全地進入大腦，因此這種藥物輸送系統有望在神經系統疾病（如阿爾茨海默氏病和帕金森氏病）中得到進一步應用。
“希望有一天可以用于醫療需求，”Lee說，“我們僅僅是提供了一種方法。如果大家知道哪種基因組合可以治愈某種疾病，那就太棒了。”
