約翰霍普金斯醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)微小的、納米大小的容器，它可以潛入細(xì)胞內(nèi)部，提供基于蛋白質(zhì)的藥物和任何大小的基因療法;甚至連附在名為CRISPR的基因編輯工具上的大家伙都有。如果它們是由生物可降解聚合物制成的;通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，它可以提供一種有效地將更大的化合物輸送到特定的靶細(xì)胞的方法。

他們的研究報(bào)告發(fā)表在12月6日的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

大多數(shù)藥物以不分青紅皂白的方式在體內(nèi)擴(kuò)散，并不針對(duì)特定的細(xì)胞。有些藥物，如抗體，可以附著在細(xì)胞表面受體上，但我們沒(méi)有良好的系統(tǒng)將生物藥物直接輸送到細(xì)胞內(nèi)部，而在細(xì)胞內(nèi)部，治療方法最有可能正常發(fā)揮作用，副作用也更少。

喬丹·格林博士，研究小組組長(zhǎng)，生物醫(yī)學(xué)工程師

許多學(xué)術(shù)和商業(yè)的科學(xué)家一直在尋找更好的交通系統(tǒng)療法,綠色表示,生物醫(yī)學(xué)工程教授,眼科,腫瘤,神經(jīng)外科,材料科學(xué)與工程,化學(xué)和生物分子工程學(xué)和約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院和彭博社的一員~ Kimmel癌癥免疫療法約翰霍普金斯研究所。

一些商業(yè)上可用的技術(shù)使用剝離形式的病毒——以其直接“感染”細(xì)胞的能力而聞名——;提供治療，雖然非感染性版本的這些傳遞系統(tǒng)可以釋放一個(gè)不想要的免疫系統(tǒng)的反應(yīng)。例如，其他針對(duì)患病血細(xì)胞的治療方法就比較麻煩，需要患者的血液被移走，然后用一種電流打開(kāi)細(xì)胞膜上的小孔，以便進(jìn)入細(xì)胞。

Green和他的團(tuán)隊(duì)在約翰霍普金斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的納米容器借鑒了病毒特性的一個(gè)想法，其中許多病毒在形狀上接近球形，帶有正負(fù)電荷。由于總體電荷較為中性，病毒可以靠近細(xì)胞。但許多生物藥物卻不是這樣，它們由高電荷、大蛋白質(zhì)和核酸組成，往往會(huì)擊退細(xì)胞。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究生袁瑞開(kāi)發(fā)了一種新的生物可降解聚合物材料。聚合物是由許多分子組成的物質(zhì)的總稱(chēng)。為了制造聚合物，瑞把它們串在一起;像樹(shù)枝一樣——;四種成分分子，隨著時(shí)間的推移，分解并溶解在水里。這些分子含有正電荷和負(fù)電荷。

在正電荷和負(fù)電荷的平衡下，分子根據(jù)它們的電荷來(lái)推拉，它們的氫原子與附近的生物療法結(jié)合。其結(jié)果是一個(gè)包含生物療法的納米結(jié)構(gòu)。

納米容器的正電荷與細(xì)胞膜相互作用，容器被一種叫做核內(nèi)體的細(xì)胞包裹體吞沒(méi)。

一旦進(jìn)入，這個(gè)納米大小的容器就會(huì)打開(kāi)核內(nèi)體，聚合物就會(huì)降解，讓藥物在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。

為了測(cè)試他們的發(fā)明，芮成鋼制造了一個(gè)含有小蛋白質(zhì)的納米容器，并把它喂給培養(yǎng)皿中的老鼠腎臟細(xì)胞。她將一個(gè)綠色熒光標(biāo)簽貼在這個(gè)小蛋白上，發(fā)現(xiàn)大部分細(xì)胞都是亮綠色的斑點(diǎn)，這表明該蛋白被成功地傳遞了。

然后，芮包裝了一種更大的蛋白質(zhì):人類(lèi)免疫球蛋白，一種通常用于增強(qiáng)免疫系統(tǒng)和抗體治療模型的療法。這一次，她發(fā)現(xiàn)90%的腎細(xì)胞被連接在免疫球蛋白上的綠色熒光標(biāo)記點(diǎn)亮。

“當(dāng)納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，它們通常會(huì)被隔離在核內(nèi)體中，從而降解其內(nèi)容物，但我們的實(shí)驗(yàn)表明，蛋白質(zhì)包裹均勻地散布在大多數(shù)細(xì)胞中，而不是卡在核內(nèi)體中，”Rui說(shuō)。

對(duì)于一個(gè)更大的挑戰(zhàn)，Rui創(chuàng)造了一個(gè)包含CRISPR蛋白和核酸復(fù)合物的納米包裝，它可以關(guān)閉綠色熒光信號(hào)，或者當(dāng)CRISPR復(fù)合物切斷細(xì)胞基因組的一部分時(shí)，使細(xì)胞發(fā)出紅色的光。研究人員發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞中，多達(dá)77%的細(xì)胞可以通過(guò)基因編輯使基因失效，約4%的細(xì)胞可以添加或修復(fù)基因。

芮成剛說(shuō):“考慮到其他基因編輯系統(tǒng)，你可能只有不到10%的機(jī)會(huì)得到正確的基因剪切結(jié)果，這是非常有效的。”以crispr為基礎(chǔ)的療法有潛力使藥物更加精確，因?yàn)樗鼈兡軌蚓_地針對(duì)導(dǎo)致疾病的遺傳缺陷。一些CRISPR療法正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

在最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，芮和她的同事將腦癌細(xì)胞植入老鼠的大腦。她將含有基因編輯成分的納米容器直接注射到老鼠的大腦中，并分析它們的細(xì)胞是否會(huì)發(fā)出紅色的輝光，這表明基因編輯是成功的。她發(fā)現(xiàn)腦癌細(xì)胞在她注射的地方幾毫米遠(yuǎn)的地方發(fā)出紅色的光。

芮說(shuō):“五年前我剛開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，科學(xué)家們不認(rèn)為可以用病毒以外的東西來(lái)把這些療法注入細(xì)胞。”“開(kāi)發(fā)新技術(shù)可以幫助我們更多地了解疾病，也可以幫助我們更多地了解新藥。”

瑞和格林正試圖使納米容器更穩(wěn)定，這樣它們就可以被注射到血液中，并針對(duì)具有特定遺傳特征的細(xì)胞。