最近，約翰霍普金斯大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師和神經(jīng)外科醫(yī)生共同合作報道稱，他們已經(jīng)制備出能夠?qū)NA傳遞到小鼠腦瘤細(xì)胞的可生物降解的微小“納米粒子”。

    該研究小組稱，他們的原理論證性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種裝載有“死亡基因”的粒子將來可在神經(jīng)外科中用于腦癌患者，有選擇地消除任何殘留的腫瘤細(xì)胞，而不會損害正常的腦組織。相關(guān)研究結(jié)果于2014年4月26日在線發(fā)表在國際納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威期刊《ACS Nano》。

    約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)工程和神經(jīng)外科助理教授Jordan Green博士稱：“在我們的小鼠實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)計的納米粒子成功地將一段檢測基因傳遞給腦腫瘤細(xì)胞，然后在那里這段基因被打開。現(xiàn)在我們有證據(jù)表明，這些微小粒子也能傳遞那些可選擇性誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡的基因，同時保持正常細(xì)胞不受損害。”

    Green及其同事們主要集中在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，這是腦癌最致命和最具侵略性的形式。根據(jù)約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)外科教授、本研究小組成員Alfredo Qui?ones-Hinojosa博士介紹，通過標(biāo)準(zhǔn)的手術(shù)治療、化療和放療，患者的中位生存時間只有14.6個月，只有能夠殺死對標(biāo)準(zhǔn)治療有抗性的腫瘤細(xì)胞，才會有所改進(jìn)。

    大自然可通過血腦屏障來保護(hù)大腦，因此研究人員將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向利用納米粒子，粒子可在外科手術(shù)中將腫瘤破壞DNA指令直接傳遞給腫瘤細(xì)胞。

    最初實(shí)驗(yàn)使用的腫瘤細(xì)胞，由Qui?ones-Hinojosa及其研究小組取自志愿患者，然后在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，直到它們形成小細(xì)胞球體，稱為六鉤蚴，可能對化療和放療最具有抗性，并能產(chǎn)生新的腫瘤。

    然后，Qui?ones-Hinojosa與Green合作，為可引起六鉤蚴死亡的基因?qū)ふ乙环N載體。Green實(shí)驗(yàn)室專門制備小圓粒子，這些粒子由可生物降解的塑料形成，其性能可以優(yōu)化用于完成各種醫(yī)療任務(wù)。通過改變塑料中的原子，研究小組可以制備不同大小、穩(wěn)定性和親水或親油的粒子。在這項(xiàng)研究中，Green研究小組制備了幾十個不同類型的粒子，并檢測它們將一段檢測DNA片段傳遞到六鉤蚴的能力，具體地說這個基因編碼一種紅色或綠色熒光蛋白。

    通過評估吞噬粒子的細(xì)胞的存活率，并測量它們所發(fā)出紅色或綠色熒光的水平，研究人員確定了哪種粒子劑型的表現(xiàn)最佳，然后在患有人源腦瘤的小鼠中進(jìn)行檢測。

    他們將粒子直接注入實(shí)驗(yàn)?zāi)X瘤小鼠中，同時也注入健康小鼠腦中作為對照。令人驚訝的是，雖然攜帶DNA的粒子以相同數(shù)量進(jìn)入腫瘤細(xì)胞和非腫瘤細(xì)胞，但健康的細(xì)胞卻很少產(chǎn)生發(fā)光的蛋白質(zhì)。Green稱：“這正是我們想看到的腫瘤特異性，但我們?nèi)匀辉谘芯窟@種情況的發(fā)生機(jī)制。我們希望接下來的實(shí)驗(yàn)將闡明這一切，這樣，我們就可以將所了解到的知識應(yīng)用到其他情況中。”

    Qui?ones-Hinojosa指出：“能找到一種方法選擇性地傳遞基因至腫瘤細(xì)胞，這真的很讓人興奮。對于患者來說，與傳統(tǒng)的基因療法相比，這種方法更加可行和安全，傳統(tǒng)基因療法使用修改后的病毒進(jìn)行治療。”

    他補(bǔ)充說，粒子可以冷凍干燥保存至少兩年時間，而不會失去其有效性。Green研究小組成員Stephany Tzeng博士說：“納米粒子能長時間的保持穩(wěn)定，這讓我們可以提前和大批量地制備更好的劑型。這使得它們易于在實(shí)驗(yàn)和手術(shù)中持續(xù)使用；我們在粒子中添加了水，它們表現(xiàn)良好。”

    該研究小組在3月27日同一期刊發(fā)表的一項(xiàng)相關(guān)研究也表明，不同的粒子劑型能夠有效地攜帶和傳遞所謂的siRNAs至腦瘤細(xì)胞。siRNAs是將遺傳信息傳遞給細(xì)胞的非常小的分子，但是不像DNA那樣能夠打開基因，siRNA會干擾特定蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，并能關(guān)閉癌癥基因。

    Green解釋說，siRNAs必需被封存在粒子中，這些粒子與用來攜帶DNA的粒子有所不同，因?yàn)閟iRNAs比基因療法所常用的DNA分子小約250倍。他說：“siRNAs也比DNA更硬，并且它們不需要進(jìn)入細(xì)胞核，因?yàn)樗鼈兡軌蛟诩?xì)胞核外的細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用。”

    研究小組測試了15種可生物降解的粒子制劑初始庫傳遞siRNAs至人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的能力，通過基因工程使這些細(xì)胞產(chǎn)生綠色熒光蛋白（GFP）。添加到粒子中的siRNAs包含GFP代碼，所以如果成功靶定細(xì)胞就會停止發(fā)出綠光。

    通過調(diào)整粒子的化學(xué)性質(zhì)，該研究小組找到一個成分，可將人腦瘤細(xì)胞中的GFP發(fā)光降低91%。為了檢測粒子對死亡誘導(dǎo)siRNA的傳遞能力，研究小組設(shè)計了阻止重要蛋白制造的siRNA編碼混合物，并將其加載到粒子上。然后他們將這些粒子添加到生長在實(shí)驗(yàn)室中的腦瘤細(xì)胞和非腦瘤細(xì)胞。

    在他們的小鼠研究中，就引起細(xì)胞死亡的效果而言，腦瘤細(xì)胞中的siRNA（高達(dá)97%有效）比非腦瘤細(xì)胞中的（0到27%，取決于納米粒子類型）更有效。

    Green強(qiáng)調(diào)，對于患者來說，納米粒子為基礎(chǔ)的療法較為安全，在臨床治療中，被傳遞的特異性siRNA或DNA將被仔細(xì)挑選，這樣，即使有脫靶到正常細(xì)胞的現(xiàn)象，它也只是對癌細(xì)胞有害。到目前為止，Green為這些結(jié)果感到鼓舞。他說：“結(jié)合我們在這兩項(xiàng)研究中所得到的結(jié)果，我們甚至可以設(shè)計能夠同時傳遞DNA和siRNA的粒子。這將使我們可以調(diào)整粒子所傳遞的遺傳自毀代碼，以使癌細(xì)胞死亡而正常細(xì)胞不會死亡。”

    國家生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程研究所為本項(xiàng)研究提供了部分資助，該研究所藥物和基因傳遞系統(tǒng)和設(shè)備項(xiàng)目主任Jessica Tucker博士指出：“Green博士及其同事已經(jīng)采取了重要步驟，來開發(fā)用于DNA和siRNA傳遞的聚合納米粒子，有望使其對腫瘤細(xì)胞具有特異性并且穩(wěn)定性更高。盡管依然存在很多挑戰(zhàn)，但這樣的工作可能會改變膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和相關(guān)腦瘤患者的治療效果，而這些疾病目前的治療效果有限。”