Waymouth實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Timothy Blake在一項(xiàng)奇妙的跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)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(shuō)明，使螢火蟲(chóng)點(diǎn)亮并將它們輸送到麻醉小鼠的細(xì)胞中。如果他們的技術(shù)有效，鼠標(biāo)會(huì)在黑暗中發(fā)光。鼠標(biāo)不僅發(fā)光，而且后來(lái)也醒了過(guò)來(lái)，完全沒(méi)有意識(shí)到剛剛發(fā)生在身體內(nèi)的一系列復(fù)雜事件。布萊克說(shuō)這是他一生中最激動(dòng)人心的一天。

這一成功是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊最近一篇論文的主題，標(biāo)志著基因治療向前邁出了重要一步。將這些稱(chēng)為信使RNA(mRNA)的蛋白質(zhì)指令物理地放入細(xì)胞中是很困難的。這是細(xì)胞實(shí)際使用它們制造蛋白質(zhì)的另一個(gè)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(xì)胞的新方法。

“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)幾乎是一種孩子般的熱情，”化學(xué)教授Robert Waymouth說(shuō)。“將昆蟲(chóng)蛋白質(zhì)的代碼放入動(dòng)物體內(nèi)，蛋白質(zhì)不僅在細(xì)胞中合成，而且還折疊起來(lái)，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(jiǎn)單快捷。與傳統(tǒng)的基因療法不同，永久改變細(xì)胞的基因組成，mRNA是短暫的，其影響是暫時(shí)的。mRNA傳遞的瞬時(shí)性質(zhì)開(kāi)辟了特殊的機(jī)會(huì)，例如使用這些化合物進(jìn)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(gè)已有數(shù)十年歷史的研究領(lǐng)域，通常專(zhuān)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(dǎo)修飾的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。目前的工作是跳過(guò)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(chēng)為短干擾RNA或siRNA - 但是通過(guò)細(xì)胞膜發(fā)送mRNA 是一個(gè)更大的問(wèn)題。雖然siRNA和mRNA都有許多負(fù)電荷 - 所謂的聚陰離子 - mRNA帶負(fù)電荷的次數(shù)要多得多，因此更難以潛入帶正電荷的細(xì)胞膜。

研究人員需要的是一種帶正電荷的輸送方法 - 聚陽(yáng)離子 - 來(lái)復(fù)合，保護(hù)和穿梭聚陰離子。然而，僅這一點(diǎn)只能確保mRNA通過(guò)細(xì)胞膜。一旦進(jìn)入，mRNA就需要從轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白化合物中分離出來(lái)以制造蛋白質(zhì)。

研究人員通過(guò)一種新穎的，看似簡(jiǎn)單的創(chuàng)造來(lái)解決這一雙重挑戰(zhàn)，他們稱(chēng)之為改變電荷的可釋放轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(CART)。

“這種聚陽(yáng)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(huì)從聚陽(yáng)離子轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌魏畏绞剑?rdquo;該論文的共同作者，化學(xué)教授保羅文德說(shuō)。“然而，我們正在合作的那些將從聚陽(yáng)離子變?yōu)橹行孕》肿印＿@種機(jī)制真的是前所未有的。”

作為從聚陽(yáng)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(xiàng)研究是通過(guò)化學(xué)家和活體動(dòng)物成像分子專(zhuān)家之間的協(xié)調(diào)而實(shí)現(xiàn)的，這些動(dòng)物很少直接合作。通過(guò)這種合作關(guān)系，化合物的合成，表征和測(cè)試可能只需要一周時(shí)間。

“我們很幸運(yùn)能夠參與化學(xué)與我們的臨床同事之間的這種合作項(xiàng)目。它讓我們看到我們的化合物從非?；镜臉?gòu)建塊 - 從我們?cè)谝黄恐匈?gòu)買(mǎi)的化學(xué)品 - 到放置螢火蟲(chóng)基因小鼠，“文德實(shí)驗(yàn)室的研究生，該研究的共同主要作者科林麥金萊說(shuō)。

這種增強(qiáng)的測(cè)試和重新測(cè)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(lái)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?yàn)室培養(yǎng)皿中的細(xì)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(guò)Contag實(shí)驗(yàn)室的專(zhuān)業(yè)知識(shí)實(shí)現(xiàn)的，該實(shí)驗(yàn)室由Christopher Contag教授執(zhí)行。兒科學(xué)，微生物學(xué)和免疫學(xué)。多學(xué)科團(tuán)隊(duì)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(gè)方向上大大推動(dòng)基因治療領(lǐng)域的發(fā)展。

“基因療法被認(rèn)為是一顆銀彈，因?yàn)槟憧梢赃x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(shuō)，他是文德實(shí)驗(yàn)室的博士生。研究。“對(duì)于mRNA，存在更多限制，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)表達(dá)是短暫的，但這開(kāi)啟了其他不使用其他類(lèi)型基因療法的應(yīng)用。”

該技術(shù)的一個(gè)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(wú)活性病毒引入體內(nèi)以引發(fā)免疫應(yīng)答。CART可能會(huì)切斷中間人，直接指導(dǎo)身體產(chǎn)生自己的抗原。一旦CART溶解，免疫力仍然沒(méi)有任何剩余的異物存在。

該團(tuán)隊(duì)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(shí)mRNA療法的補(bǔ)充選擇。隨著使用mRNA及其正在進(jìn)行的研究的潛力所取得的進(jìn)展，他們和其他人可以比以往更接近使用人自己的細(xì)胞制作個(gè)體化療法。“在老鼠身上制造螢火蟲(chóng)蛋白質(zhì)是驚人的，但更重要的是，這項(xiàng)研究是醫(yī)學(xué)新時(shí)代的一部分，”溫德說(shuō)。