基于信使RNA或mRNA的療法可以潛在地治療多種疾病，包括癌癥、遺傳疾病，以及近年來世界所了解到的致命病毒。

為了發(fā)揮作用，這些藥物必須直接輸送到稱為脂質(zhì)納米顆粒或LNP的納米級(jí)脂肪氣泡中的靶細(xì)胞——如果不能到達(dá)正確的細(xì)胞類型，mRNA就不是很好。

佐治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一組研究人員在改進(jìn)這些定制運(yùn)載工具的開發(fā)方面又邁出了一步，他們于6月30日在NatureNanotechnology上報(bào)告了他們的工作。JamesDahlman實(shí)驗(yàn)室的實(shí)習(xí)生CurtisDobrowolski和KalinaPaunovska開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，使臨床前納米粒子研究更具預(yù)測性。他們的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)在影響這個(gè)不斷發(fā)展的、競爭激烈的領(lǐng)域的研究方向。

“我對這項(xiàng)研究感到非常興奮，并預(yù)計(jì)我們未來的大部分項(xiàng)目都會(huì)轉(zhuǎn)向這種方法，”佐治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)華萊士H.庫爾特生物醫(yī)學(xué)工程系副教授兼麥卡米什基金會(huì)早期職業(yè)教授Dahlman說。

事件排序

在過去的幾年里，Dahlman與CoulterBME教授PhilipSantangelo在一家繁忙的研究企業(yè)合作。Santangelo的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)mRNA療法，而Dahlman的實(shí)驗(yàn)室使用LNP提供它。

為了加快測試LNP有效性的過程，Dahlman的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種稱為DNA條形碼的技術(shù)。在這個(gè)過程中，研究人員插入一段與給定LNP對應(yīng)的DNA片段。然后注射LNP，隨后使用基因測序檢查細(xì)胞是否存在“條形碼”。該系統(tǒng)識(shí)別哪些條形碼已達(dá)到哪些特定目標(biāo)，突出顯示最有前途的納米粒子。由于可以一次讀取許多DNA序列，條形碼過程允許同時(shí)進(jìn)行許多實(shí)驗(yàn)，從而加速了有效脂質(zhì)納米顆粒載體的發(fā)現(xiàn)。

DNA條形碼顯著改善了納米顆粒的臨床前篩選過程。但仍然存在影響藥物輸送的重大障礙。由于它們的多樣性，細(xì)胞有點(diǎn)像移動(dòng)的目標(biāo)。Dahlman指出，以前被認(rèn)為是同質(zhì)的細(xì)胞是由不同的和不同的細(xì)胞亞群組成的。他的團(tuán)隊(duì)推測，這種化學(xué)和遺傳異質(zhì)性對LNP將mRNA療法傳遞到細(xì)胞中的效果具有強(qiáng)大的影響。

“細(xì)胞不只有一種蛋白質(zhì)來定義它們——它們很復(fù)雜，”達(dá)爾曼說。“它們可以通過多種事物的組合來定義，如果我們說實(shí)話，最好使用它們表達(dá)或不表達(dá)的所有基因來定義它們。”

為了檢驗(yàn)他們的假設(shè)，研究人員開發(fā)了一種新工具來一次測量所有這些東西。他們的多組納米粒子遞送系統(tǒng)被稱為單細(xì)胞納米粒子靶向測序，或SENT-seq。

多組學(xué)方法

使用SENT-seq，研究人員能夠量化LNP如何將DNA條形碼和mRNA傳遞到細(xì)胞中，隨后由mRNA藥物促進(jìn)的蛋白質(zhì)生產(chǎn)，以及數(shù)千個(gè)單個(gè)細(xì)胞中的細(xì)胞身份。

這種多組學(xué)方法可能代表高通量LNP發(fā)現(xiàn)的重要飛躍。SENT-seq技術(shù)使團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別出表現(xiàn)出特別高或低納米顆粒攝取的細(xì)胞亞型，以及與這些亞型相關(guān)的基因。

因此，除了測試藥物的功效以及某些細(xì)胞亞型如何對納米粒子產(chǎn)生反應(yīng)外，他們還在確定哪些基因參與了LNP的成功攝取。他們同時(shí)做這一切。

“數(shù)據(jù)表明，這些不同的細(xì)胞亞群對影響mRNA治療效果的納米顆粒有不同的反應(yīng)，”Dahlman說。“還有很多工作要做，但我們認(rèn)為能夠同時(shí)讀取高通量納米粒子傳遞和細(xì)胞對納米粒子的反應(yīng)的能力將導(dǎo)致更好的mRNA治療。”

共同主要作者Paunovska說，她和Dobrowolski“經(jīng)過兩個(gè)月的合作，有機(jī)地提出了SENT-seq系統(tǒng)的想法”。

Dahlman補(bǔ)充說：“我為Curtis、Kalina和團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室所做的工作感到自豪。我認(rèn)為這是我們工作中一個(gè)非常有趣階段的開始。”