细胞纳米穿孔产生功能性外泌体 用作基因治疗新策略

细胞纳米穿孔技术触发外泌体释放的机制。

俄亥俄州立大学化学与生物分子工程的科学家开发了一种细胞纳米穿孔技术，可大规模生产含有治疗性mRNA和靶向肽的外泌体，基于此的新的基因治疗策略具有逆转疾病过程的潜力。该研究12月16日发表在《Nature Biomedical Engineering》杂志上。

https://doi.org/10.1038/s41551-019-0485-1

2017年，L. James Lee博士和他的同事们宣布了一项名为“组织纳米转染”(TNT)的再生医学发现，掀起了轩然大波。这项技术使用一种基于纳米技术的芯片将生物物质直接输送到皮肤中，可将成年细胞转化成任何类型的细胞，以便在患者体内进行治疗。研究人员进一步研究TNT成功背后的机制，发现外泌体是将再生物质输送到皮肤表面以下组织的秘密。

外泌体是由细胞释放、作为与其他细胞通信的一种方式的小囊泡，由于其数量多且不会引发免疫反应，被作为治疗材料的生物学友好载体而逐渐普及。基因疗法的关键在于找到一种方法，让那些相对较大的遗传指令在它们微小的身体里，以一种能产生治疗效果的规模存在。然而，在细胞分泌的外泌体中插入外源性核酸，特别是大的mRNA，会导致产量降低。

于是，研究人员提出了一种用于生产大量含有治疗性mRNA和靶向肽的外泌体的细胞纳米穿孔（cellular nanoporation, CNP）方法，能够促使人体细胞吐出数百万个外泌体，经收集和纯化后可用作含有药物的纳米载体。研究者在纳米工程硅片上放置了大约一百万个捐赠的细胞（例如从人脂肪中收集的间充质细胞），并利用电刺激将合成的DNA注入供体细胞中，这种DNA强制喂养的结果是，细胞需要将不需要的物质作为DNA转录信使RNA的一部分排出体外，并修复细胞膜上被戳出的洞。与整体电穿孔和其他外泌体生产策略相比，该技术产生的外泌体多达50倍，而外泌体mRNA转录本的增长超过1,000倍，即使来自基础分泌水平较低的细胞也是如此，表明该技术具有可扩展性，可以生产足够的纳米颗粒用于人体。

CNP会产生大量带有转录的mRNA的囊泡。

当然，对于任何基因治疗来说，必不可少的是知道需要传递哪些基因来解决医学问题。在这项工作中，研究人员选择通过传递一种称为PTEN（一种癌症抑制基因）的基因来测试神经胶质瘤脑肿瘤的结果，关闭抑制作用的PTEN突变可使癌细胞不受控制地生长。在原位磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）缺陷的神经胶质瘤小鼠模型中，含mRNA的外泌体恢复了肿瘤抑制功能，增强了对肿瘤生长的抑制作用并增加了存活率。细胞纳米穿孔可以将外泌体用作需要转录操作的通用核酸载体。

CNP生成的外泌体在U87原位神经胶质瘤模型中的体内治疗功效。

外泌体没有毒性，也不会激发免疫反应，它们几乎遍及人体的任何地方，包括通过血脑屏障，然而大多数药物无法进入大脑。在小鼠中进行的测试表明，与用作对照的物质相比，标记的外泌体更可能传播到脑肿瘤并减慢其生长；由于其可以安全地进入大脑，这种药物输送系统也有望在神经系统疾病如阿尔茨海默症和帕金森氏病中得到进一步应用。

参考资料：

[1] A new gene therapy strategy, courtesyof nature

[2] Large-scale generation of functionalmRNA-encapsulating exosomes via cellular nanoporation