細胞納米穿孔技術(shù)觸發(fā)外泌體釋放的機制。

俄亥俄州立大學化學與生物分子工程的科學家開發(fā)了一種細胞納米穿孔技術(shù)，可大規(guī)模生產(chǎn)含有治療性mRNA和靶向肽的外泌體，基于此的新的基因治療策略具有逆轉(zhuǎn)疾病過程的潛力。該研究12月16日發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》雜志上。

https://doi.org/10.1038/s41551-019-0485-1

2017年，L. James Lee博士和他的同事們宣布了一項名為“組織納米轉(zhuǎn)染”(TNT)的再生醫(yī)學發(fā)現(xiàn)，掀起了軒然大波。這項技術(shù)使用一種基于納米技術(shù)的芯片將生物物質(zhì)直接輸送到皮膚中，可將成年細胞轉(zhuǎn)化成任何類型的細胞，以便在患者體內(nèi)進行治療。研究人員進一步研究TNT成功背后的機制，發(fā)現(xiàn)外泌體是將再生物質(zhì)輸送到皮膚表面以下組織的秘密。

外泌體是由細胞釋放、作為與其他細胞通信的一種方式的小囊泡，由于其數(shù)量多且不會引發(fā)免疫反應，被作為治療材料的生物學友好載體而逐漸普及。基因療法的關(guān)鍵在于找到一種方法，讓那些相對較大的遺傳指令在它們微小的身體里，以一種能產(chǎn)生治療效果的規(guī)模存在。然而，在細胞分泌的外泌體中插入外源性核酸，特別是大的mRNA，會導致產(chǎn)量降低。

于是，研究人員提出了一種用于生產(chǎn)大量含有治療性mRNA和靶向肽的外泌體的細胞納米穿孔（cellular nanoporation, CNP）方法，能夠促使人體細胞吐出數(shù)百萬個外泌體，經(jīng)收集和純化后可用作含有藥物的納米載體。研究者在納米工程硅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(zhì)細胞），并利用電刺激將合成的DNA注入供體細胞中，這種DNA強制喂養(yǎng)的結(jié)果是，細胞需要將不需要的物質(zhì)作為DNA轉(zhuǎn)錄信使RNA的一部分排出體外，并修復細胞膜上被戳出的洞。與整體電穿孔和其他外泌體生產(chǎn)策略相比，該技術(shù)產(chǎn)生的外泌體多達50倍，而外泌體mRNA轉(zhuǎn)錄本的增長超過1,000倍，即使來自基礎(chǔ)分泌水平較低的細胞也是如此，表明該技術(shù)具有可擴展性，可以生產(chǎn)足夠的納米顆粒用于人體。

CNP會產(chǎn)生大量帶有轉(zhuǎn)錄的mRNA的囊泡。

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(yī)學問題。在這項工作中，研究人員選擇通過傳遞一種稱為PTEN（一種癌癥抑制基因）的基因來測試神經(jīng)膠質(zhì)瘤腦腫瘤的結(jié)果，關(guān)閉抑制作用的PTEN突變可使癌細胞不受控制地生長。在原位磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）缺陷的神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型中，含mRNA的外泌體恢復了腫瘤抑制功能，增強了對腫瘤生長的抑制作用并增加了存活率。細胞納米穿孔可以將外泌體用作需要轉(zhuǎn)錄操作的通用核酸載體。

CNP生成的外泌體在U87原位神經(jīng)膠質(zhì)瘤模型中的體內(nèi)治療功效。

外泌體沒有毒性，也不會激發(fā)免疫反應，它們幾乎遍及人體的任何地方，包括通過血腦屏障，然而大多數(shù)藥物無法進入大腦。在小鼠中進行的測試表明，與用作對照的物質(zhì)相比，標記的外泌體更可能傳播到腦腫瘤并減慢其生長；由于其可以安全地進入大腦，這種藥物輸送系統(tǒng)也有望在神經(jīng)系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默癥和帕金森氏病中得到進一步應用。

參考資料：

[1] A new gene therapy strategy, courtesyof nature

[2] Large-scale generation of functionalmRNA-encapsulating exosomes via cellular nanoporation