微小礦物顆粒是有希望的基因治療的更好載體
威斯康星大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種更安全有效的方法,為治療癌癥和肝病以及疫苗接種提供了一種有前途的新方法,包括來自Moderna Therapeutics的新冠疫苗和人體臨床試驗。
這項技術(shù)依賴于將精心設(shè)計的信使核糖核酸片段插入細胞。信使核糖核酸(信使核糖核酸)是人類細胞通常從人類脫氧核糖核酸中轉(zhuǎn)錄的一種遺傳物質(zhì),以制造有用的蛋白質(zhì)和進行商業(yè)活動。并且,在不影響免疫系統(tǒng)的情況下安全完整地遞送mRNA的問題阻礙了基于mRNA的治療,但是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員正在制造微小的礦物質(zhì)球,這似乎在老鼠身上發(fā)揮了作用。
威斯康星大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程和骨科教授威廉莫菲說:“這些粒子表面有納米級的孔,可以吸收和攜帶蛋白質(zhì)或信使RNA等分子?!薄八麄兡7铝丝脊艑W(xué)中常見的東西,當(dāng)我們在幾千年前的骨骼樣本或蛋殼上發(fā)現(xiàn)完整的蛋白質(zhì)或DNA時。礦物質(zhì)一直在幫助穩(wěn)定這些分子?!?
墨菲和UW-麥迪森合作進行了一系列實驗,使用的是直徑為5到10微米的礦物包覆顆粒(MCM),大約相當(dāng)于人類細胞的大小。在用MCM處理的小鼠中,傷口愈合更快,相關(guān)實驗中的細胞顯示,與其他遞送方法相比,mRNA分子的提取效率更高。
研究人員今天在《科學(xué)進展》雜志上描述了他們的發(fā)現(xiàn)。
在健康細胞中,脫氧核糖核酸被轉(zhuǎn)錄成核糖核酸,這是細胞機器用來制造蛋白質(zhì)的指令。在實驗室創(chuàng)造的一個基因片段可以被這個過程取代,告訴細胞產(chǎn)生新的東西。如果某樣?xùn)|西是抗原,也就是可以提醒免疫系統(tǒng)注意潛在有害病毒的分子,那么mRNA就可以完成疫苗的工作。
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員編碼了mRNA,并指示細胞核糖體泵出一種生長因子,這種生長因子可以促進愈合過程,但這些過程在糖尿病小鼠(以及許多嚴重的糖尿病患者)中很慢或不存在。
然而,mRNA在體內(nèi)的壽命非常短,因此遞送到細胞通常意味著給予大劑量和頻繁的劑量,其中mRNA鏈由稱為陽離子聚合物的分子制成的容器攜帶。
墨菲說:“陽離子成分往往有毒。你傳遞的mRNA越多,治療效果越好,但越有可能看到毒性作用。因此,這是一種權(quán)衡,”他說。我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)從MCM運輸時,我們沒有看到這種毒性。而且,因為MCM傳輸可以保護mRNA不被降解,所以你可以在想要的位置得到更多的mRNA,減少毒性作用。"
這項新研究還將mRNA與免疫系統(tǒng)抑制蛋白配對,以確保靶細胞不會將mRNA提取為異物并將其破壞或排出。
成功的mRNA遞送通常能使細胞根據(jù)新的指令運行約24小時,它們產(chǎn)生的分子將分散在全身。這對疫苗及其產(chǎn)生的抗原來說已經(jīng)足夠了。為了維持一個漫長的過程,例如生長替代組織來愈合皮膚或器官,細胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)或生長因子需要停留更長時間。
墨菲說:“我們在MCM上看到的是,一旦細胞吸收mRNA并開始產(chǎn)生蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)就會立即結(jié)合回到MCM顆粒中?!薄澳敲此鼘⒃趲字芎蟀l(fā)布?;旧?,我們使用的是通常持續(xù)幾個小時甚至一天的東西,并使其持續(xù)很長時間?!?
而且,由于MCM足夠大,它們不會進入血液并飄走,它們會停留在需要釋放有用治療方法的位置。在老鼠身上,這種治療活動持續(xù)了20多天。
墨菲說:“它們是由類似于琺瑯和骨頭的礦物質(zhì)制成的,但它們被設(shè)計成在不再有用時被人體吸收。”墨菲說,他的工作得到了美國環(huán)境保護署、美國國立衛(wèi)生研究院和美國國立衛(wèi)生研究院的支持。來自國家科學(xué)基金會和麥迪森大學(xué)校友邁克爾和瑪麗蘇香農(nóng)的捐款。
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