一种新的基因治疗策略

2020-06-02 57基因相关

科学家们已经开发出一种新的基因治疗策略,将人类细胞转化为充满遗传物质的微小纳米颗粒的大规模生产商,这种颗粒有可能逆转疾病进程。

尽管这项研究的目的是作为一个概念的证明,但实验性治疗减缓了胶质瘤小鼠的肿瘤生长,延长了生存时间,胶质瘤约占人类恶性脑肿瘤的80%。

一种新的基因治疗策略

这一种新的基因治疗策略利用了胞外体,即细胞释放的充满液体的囊,作为与其他细胞交流的一种方式。

当外显体作为生物友好的治疗材料载体(因为有很多外显体,而且它们不会引起免疫反应)越来越受欢迎时,基因治疗的诀窍是找到一种方法,将那些相对较大的基因指令以一定的比例植入它们的小身体,从而产生治疗效果。

这一新方法依赖于专利技术,该技术能促使捐献的人类细胞(如成人干细胞)吐出数以百万计的胞外体,这些胞外体在被收集和纯化后充当含有药物的纳米载体。当他们被注射到血液中时,他们知道自己的目标在身体的哪个部位——即使是在大脑中。

俄亥俄州立大学化学与生物分子工程荣誉退休教授、高级研究报告作者L.James Lee说:“把它们想象成圣诞礼物:礼物放在一个包装好的容器里,邮资已付,随时可以带走。”。

Lee指出:“这是一种由大自然诱导的治疗性纳米颗粒。”

这项研究今天(12月16日)发表在《自然生物医学工程》杂志上。

研究背景

2017年,Lee和他的同事发布了一个再生医学发现的消息,称为组织纳米转移(TNT)。这项技术使用一种基于纳米技术的芯片,将生物货物直接输送到皮肤中,这是一种将成人细胞转化为任何感兴趣的细胞类型,以便在患者体内进行治疗的行为。

通过进一步研究TNT成功背后的机制,Lee实验室的科学家发现,外体是将再生物质输送到皮肤表面下很远的组织的秘密。

细胞纳米穿孔技术

在这项研究中,这项技术被应用于第一作者杨兆刚(音译),他是俄亥俄州博士后研究员,现供职于德克萨斯大学西南医学中心,被称为细胞纳米穿孔技术。

科学家们将大约100万个捐赠细胞(如从人体脂肪中收集的间充质细胞)放置在纳米工程硅片上,并使用电刺激将合成DNA注入到捐赠细胞中。正如Lee所描述的那样,由于DNA的强制作用,细胞需要排出不需要的物质,作为DNA转录信使RNA的一部分,并修复细胞膜上被戳出的孔。

“他们一石二鸟:他们修补细胞膜的渗漏,把垃圾倒出去,”Lee说他们扔掉的垃圾袋是外体。从细胞中排出的是我们的药物。”

电刺激有一个额外的效果,即细胞释放的大量外体中的治疗基因增加了1000倍,这表明这项技术是可扩展的,可以生产出足够的纳米颗粒供人类使用。

当然,对任何基因治疗来说,最重要的是知道需要传递什么样的基因来解决医学问题。在这项工作中,研究人员选择通过传递一种被称为PTEN(一种癌症抑制基因)的基因来测试胶质瘤脑肿瘤的结果。PTEN基因的突变可以抑制肿瘤细胞的生长。

研究意义及转化

对于俄亥俄州立大学可负担得起的高分子生物医学设备纳米工程中心的创始人Lee来说,生产这种基因是很容易的。人工合成的DNA被复制到一个由信使RNA组成的新分子中,信使RNA包含产生特定蛋白质所需的指令。每一个含有信使RNA的外体泡都被转化成一个可供运输的纳米颗粒,无需担心血脑屏障。

“这样做的好处是没有毒性,也不会引起免疫反应,”Lee说,他也是俄亥俄州综合癌症中心的成员外体几乎遍布全身,包括通过血脑屏障。大多数药物不能进入大脑。

“我们不想让外体去错地方。它们不仅被设计成杀死癌细胞,而且知道去哪里找到癌细胞。你不想杀好人。”

在小鼠身上的测试显示,与用作对照的物质相比,标记的外体更容易进入脑肿瘤并减缓其生长。

Lee说,由于外体可以安全地进入大脑,这种药物传递系统有望在阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经系统疾病中得到应用。

“希望有一天,这可以用于医疗需要,”Lee说我们提供了方法。如果有人知道什么样的基因组合可以治愈某种疾病,但他们需要一种治疗方法,就在这里。”

引用

Ohio State University. "A new gene therapy strategy, courtesy of nature: Scientists turn a natural cellular process into a drug-delivery system." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 December 2019. www.sciencedaily.com/releases/2019/12/191216173700.htm.

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