Waymouth實驗室的博士后研究員Timothy Blake在一項奇妙的跨學科實驗中努力工作。他和他的研究人員正在精煉化合物，這些化合物將攜帶組裝蛋白質(zhì)的說明，使螢火蟲點亮并將它們輸送到麻醉小鼠的細胞中。如果他們的技術(shù)有效，鼠標會在黑暗中發(fā)光。鼠標不僅發(fā)光，而且后來也醒了過來，完全沒有意識到剛剛發(fā)生在身體內(nèi)的一系列復(fù)雜事件。布萊克說這是他一生中最激動人心的一天。

這一成功是美國國家科學院院刊最近一篇論文的主題，標志著基因治療向前邁出了重要一步。將這些稱為信使RNA(mRNA)的蛋白質(zhì)指令物理地放入細胞中是很困難的。這是細胞實際使用它們制造蛋白質(zhì)的另一個障礙。如果該技術(shù)在人體中起作用，它可以提供將治療性蛋白質(zhì)插入患病細胞的新方法。

“這對我們來說幾乎是一種孩子般的熱情，”化學教授Robert Waymouth說。“將昆蟲蛋白質(zhì)的代碼放入動物體內(nèi)，蛋白質(zhì)不僅在細胞中合成，而且還折疊起來，變得功能齊全，能發(fā)光。”

雖然結(jié)果令人印象深刻，但這種技術(shù)非常簡單快捷。與傳統(tǒng)的基因療法不同，永久改變細胞的基因組成，mRNA是短暫的，其影響是暫時的。mRNA傳遞的瞬時性質(zhì)開辟了特殊的機會，例如使用這些化合物進行疫苗接種或癌癥免疫療法。

制作蛋白質(zhì)

基因療法是一個已有數(shù)十年歷史的研究領(lǐng)域，通常專注于修飾基因遺傳密碼DNA。然后該修飾的DNA產(chǎn)生修飾的mRNA，其指導修飾的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。目前的工作是跳過DNA，而只是傳遞蛋白質(zhì)的指令。

以前的工作已經(jīng)成功地提供了一種不同形式的RNA - 稱為短干擾RNA或siRNA - 但是通過細胞膜發(fā)送mRNA 是一個更大的問題。雖然siRNA和mRNA都有許多負電荷 - 所謂的聚陰離子 - mRNA帶負電荷的次數(shù)要多得多，因此更難以潛入帶正電荷的細胞膜。

研究人員需要的是一種帶正電荷的輸送方法 - 聚陽離子 - 來復(fù)合，保護和穿梭聚陰離子。然而，僅這一點只能確保mRNA通過細胞膜。一旦進入，mRNA就需要從轉(zhuǎn)運蛋白化合物中分離出來以制造蛋白質(zhì)。

研究人員通過一種新穎的，看似簡單的創(chuàng)造來解決這一雙重挑戰(zhàn)，他們稱之為改變電荷的可釋放轉(zhuǎn)運蛋白(CART)。

“這種聚陽離子方法與其他聚合方法的區(qū)別往往是失敗，其他方法不會從聚陽離子轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌魏畏绞剑?rdquo;該論文的共同作者，化學教授保羅文德說。“然而，我們正在合作的那些將從聚陽離子變?yōu)橹行孕》肿?。這種機制真的是前所未有的。”

作為從聚陽離子到多中性的變化的一部分，CART生物降解并最終從體內(nèi)排出。

合作的力量

這項研究是通過化學家和活體動物成像分子專家之間的協(xié)調(diào)而實現(xiàn)的，這些動物很少直接合作。通過這種合作關(guān)系，化合物的合成，表征和測試可能只需要一周時間。

“我們很幸運能夠參與化學與我們的臨床同事之間的這種合作項目。它讓我們看到我們的化合物從非?；镜臉?gòu)建塊 - 從我們在一瓶中購買的化學品 - 到放置螢火蟲基因小鼠，“文德實驗室的研究生，該研究的共同主要作者科林麥金萊說。

這種增強的測試和重新測試新分子的能力不僅可以發(fā)現(xiàn)它們的電荷改變行為，而且可以快速優(yōu)化其性質(zhì)和應(yīng)用。隨著未來出現(xiàn)不同的挑戰(zhàn)，研究人員相信他們將能夠以相同的快速靈活性做出回應(yīng)。

在證明CART可以向?qū)嶒炇遗囵B(yǎng)皿中的細胞提供發(fā)光的水母蛋白后，該小組想要了解它們是否在活老鼠身上發(fā)揮作用，這是通過Contag實驗室的專業(yè)知識實現(xiàn)的，該實驗室由Christopher Contag教授執(zhí)行。兒科學，微生物學和免疫學。多學科團隊共同表明，CART可以有效地提供在大腿肌肉或脾臟和肝臟中產(chǎn)生發(fā)光蛋白質(zhì)的mRNA，具體取決于注射的位置。

前途光明

研究人員表示，CART可以在幾個方向上大大推動基因治療領(lǐng)域的發(fā)展。

“基因療法被認為是一顆銀彈，因為你可以選擇任何你想要的基因的想法是如此誘人，”該研究的共同主要作者杰西卡·巴爾加斯說，他是文德實驗室的博士生。研究。“對于mRNA，存在更多限制，因為蛋白質(zhì)表達是短暫的，但這開啟了其他不使用其他類型基因療法的應(yīng)用。”

該技術(shù)的一個特別合適的應(yīng)用是疫苗接種。目前，疫苗需要將部分病毒或無活性病毒引入體內(nèi)以引發(fā)免疫應(yīng)答。CART可能會切斷中間人，直接指導身體產(chǎn)生自己的抗原。一旦CART溶解，免疫力仍然沒有任何剩余的異物存在。

該團隊還在努力將他們的技術(shù)應(yīng)用于另一種可產(chǎn)生永久性效應(yīng)的遺傳信使，使其成為臨時mRNA療法的補充選擇。隨著使用mRNA及其正在進行的研究的潛力所取得的進展，他們和其他人可以比以往更接近使用人自己的細胞制作個體化療法。“在老鼠身上制造螢火蟲蛋白質(zhì)是驚人的，但更重要的是，這項研究是醫(yī)學新時代的一部分，”溫德說。