約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家報(bào)告說，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個微型的納米容器，該容器可以在細(xì)胞內(nèi)滑動，并提供基于蛋白質(zhì)的藥物和任何大小的基因療法-甚至是連接到名為CRISPR的基因編輯工具上的大型藥物。如果他們的創(chuàng)造物-由可生物降解的聚合物構(gòu)成-通過更多的實(shí)驗(yàn)室測試，則可以提供一種有效地將較大的藥物化合物運(yùn)送到特定選擇的靶細(xì)胞中的方法。

研究小組負(fù)責(zé)人生物醫(yī)學(xué)工程師約旦·格林博士說：“大多數(shù)藥物以不分青紅皂白的方式散布在整個人體中，而不針對特定的細(xì)胞。” “諸如抗體之類的某些藥物會鎖定細(xì)胞表面受體的靶標(biāo)，但是我們沒有將生物藥物直接傳遞至細(xì)胞內(nèi)部的良好系統(tǒng)，這是治療方法最有可能正常工作的地方而且副作用更少。”

約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)工程，眼科學(xué)，腫瘤學(xué)，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)教授，成員格林表示，長期以來，許多學(xué)術(shù)和商業(yè)科學(xué)家一直在尋求更好的療法治療系統(tǒng)。約翰·霍普金斯大學(xué)彭博?金梅爾癌癥免疫療法研究所的成員。

盡管這些傳遞系統(tǒng)的非感染性版本會釋放出不需要的免疫系統(tǒng)反應(yīng)，但一些可商購獲得的技術(shù)會使用簡化后的病毒形式-以直接“感染”細(xì)胞的能力而聞名。例如，其他針對患病血細(xì)胞的療法則比較麻煩，需要先去除患者的血液，然后再用電流打開細(xì)胞膜上的孔來進(jìn)入。

Green和他的團(tuán)隊(duì)在約翰·霍普金斯大學(xué)(Johns Hopkins)研發(fā)的納米容器借鑒了病毒的特性，其中許多病毒的形狀接近球形，并帶有負(fù)電荷和正電荷?？傮w電荷更中性，病毒可以靠近細(xì)胞。對于許多生物藥物而言，情況并非如此，它們由電荷高的大型蛋白質(zhì)和易于排斥細(xì)胞的核酸組成。

為了克服這個問題，研究生袁銳開發(fā)了一種新型的可生物降解的高分子材料。聚合物是由許多分子組成的物質(zhì)的總稱。為了制造這種聚合物，Rui像一棵樹的樹枝一樣串在一起，形成了四個組成分子，這些分子隨著時間的流逝分解并溶解在水中。分子同時包含正電荷和負(fù)電荷。

具有正電荷和負(fù)電荷的平衡，分子根據(jù)其電荷推動和拉動，其氫原子與附近的生物療法結(jié)合。結(jié)果是包含生物療法的納米結(jié)構(gòu)。

納米級容器的正電荷與細(xì)胞膜相互作用，并且該容器被吞入稱為內(nèi)體的細(xì)胞包裝中。

進(jìn)入納米容器后，納米容器會破裂并打開內(nèi)體，聚合物降解，從而使藥物在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。

為了測試他們的發(fā)明，Rui制造了一種小蛋白質(zhì)的納米容器，并將其喂入培養(yǎng)皿中的小鼠腎細(xì)胞。她在小蛋白質(zhì)上附加了綠色熒光標(biāo)簽，并在大多數(shù)細(xì)胞中看到鮮綠色的飛濺，表明該蛋白質(zhì)已成功遞送。

然后，Rui包裝了一種更大的蛋白質(zhì)：人免疫球蛋白，一種通常用于增強(qiáng)免疫系統(tǒng)的療法，以及一種抗體療法的模型。這次，她發(fā)現(xiàn)接受治療的90%的腎細(xì)胞被附著在免疫球蛋白上的綠色熒光標(biāo)記點(diǎn)亮。

“當(dāng)納米粒子進(jìn)入細(xì)胞時，它們通常被螯合到內(nèi)體中，這會降解內(nèi)含物，但是我們的實(shí)驗(yàn)表明蛋白質(zhì)包裝均勻地散布在大多數(shù)細(xì)胞中，并且沒有卡在內(nèi)體中，” Rui說。

為了更大的挑戰(zhàn)，Rui創(chuàng)建了一個納米包裝，其中包含基于CRISPR的蛋白質(zhì)和核酸復(fù)合物，當(dāng)CRISPR化合物切割細(xì)胞基因組的一部分時，該復(fù)合物可能會關(guān)閉綠色熒光信號或使細(xì)胞發(fā)出紅色光。研究人員發(fā)現(xiàn)，禁用基因的基因編輯在實(shí)驗(yàn)室中多達(dá)77%的細(xì)胞中起作用，并在約4%的細(xì)胞中添加或修復(fù)了該基因。

Rui說：“考慮到與其他基因編輯系統(tǒng)一起使用，您可能會在不到10%的時間內(nèi)獲得正確的基因切割結(jié)果，這是非常有效的。” 基于CRISPR的療法具有精確靶向?qū)е录膊〉倪z傳缺陷的能力，因此有可能使藥物更加精確。一些CRISPR療法正在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行測試。

在最后的實(shí)驗(yàn)中，Rui和她的同事們將腦癌細(xì)胞植入小鼠的大腦。她將具有基因編輯成分的納米容器直接注入小鼠的大腦，并分析了它們的細(xì)胞是否發(fā)出紅色光，表明基因編輯成功。她發(fā)現(xiàn)腦癌細(xì)胞從她注射的地方發(fā)紅了幾毫米。

瑞說：“五年前我剛開始這個項(xiàng)目時，科學(xué)家們認(rèn)為您不能使用病毒以外的其他手段將這些療法傳遞到細(xì)胞中。開發(fā)新技術(shù)可以幫助我們更多地了解疾病，而且有關(guān)制造新藥的更多信息。”

Rui和Green試圖使納米容器更穩(wěn)定，以便可以將它們注入血液中，并靶向具有某些遺傳特征的細(xì)胞。

科學(xué)家們正在申請與這項(xiàng)工作有關(guān)的專利。

該研究的資金由國家科學(xué)基金會，約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院，美國國立衛(wèi)生研究院(R01CA228133，R01EB022148和P30 EY001765)，彭博·金梅爾癌癥免疫療法研究所以及約翰·霍普金斯大學(xué)提供。預(yù)防盲目James和Carole免費(fèi)催化劑獎。

為這項(xiàng)工作做出貢獻(xiàn)的其他科學(xué)家包括Johns Hopkins的David Wilson，John Choi，Mahita Varanasi，Katie Sanders，Johan Karlsson和Michael Lim。