近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的小鼠測試結(jié)果顯示，攜帶基于mRNA的疫苗的可降解聚合物納米顆粒在注射到小鼠血液中時，能夠進(jìn)入脾臟并以靶向方式激活某些抗癌免疫細(xì)胞。

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這則研究由約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)的科學(xué)家的科學(xué)家發(fā)起，他們已經(jīng)開發(fā)出一種納米顆?！环N極其微小的可生物降解的容器：有可能改善基于信使核糖核酸 （mRNA） 的疫苗用于 傳染病的遞送，以及用于治療包括癌癥在內(nèi)的非傳染性疾病的疫苗。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，與接受對照治療的小鼠相比，注射約翰霍普金斯大學(xué)制造的納米顆粒后，患黑色素瘤的小鼠存活時間延長了一倍，患結(jié)腸直腸癌的小鼠存活時間延長了一倍。

此外，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在整個小鼠中，大約一半的專門負(fù)責(zé)識別和摧毀不健康細(xì)胞(如感染病毒或癌癥的細(xì)胞)的免疫細(xì)胞被激活，并準(zhǔn)備識別特定的入侵癌細(xì)胞。

由脂質(zhì)(一種脂肪酸)制成的納米顆粒是mRNA病毒肺炎疫苗的基礎(chǔ)。這種以脂質(zhì)為基礎(chǔ)的預(yù)防性疫苗通常被注射到肌肉中。

然而，雖然肌肉中含有許多能夠表達(dá)mRNA的細(xì)胞，這些細(xì)胞可以導(dǎo)致抗體反應(yīng)，但樹突狀細(xì)胞相對較少，樹突狀細(xì)胞是一種免疫細(xì)胞，可以指導(dǎo)免疫系統(tǒng)的其余部分，特別是T細(xì)胞，尋找并摧毀癌細(xì)胞。科學(xué)家們或許能夠通過增強(qiáng)疫苗攜帶mRNA指令到達(dá)樹突狀細(xì)胞的能力，來改進(jìn)以癌癥治療為重點(diǎn)的疫苗。

事實(shí)證明，將基于脂質(zhì)的疫苗注射到血液中很困難，因為疫苗往往會直接進(jìn)入肝臟，在那里它們會被降解。

約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程教授Jordan Green博士說:“我們的目標(biāo)是開發(fā)一種納米顆粒，它不會直接被送到肝臟，而是能有效地教導(dǎo)免疫系統(tǒng)細(xì)胞尋找并摧毀適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)。"

Green解釋說，為了制造更強(qiáng)的傳染病和非傳染病(如癌癥)疫苗，需要納米顆粒的mRNA含量到達(dá)、進(jìn)入樹突狀細(xì)胞并在樹突狀細(xì)胞中表達(dá)。研究人員說，mRNA在樹突狀細(xì)胞中表達(dá)后，它很快就會被降解，由此產(chǎn)生的免疫細(xì)胞反應(yīng)可以在mRNA和納米顆粒消失很久之后持續(xù)更長的時間。

通常，科學(xué)家們通過將蛋白質(zhì)附著在納米顆粒上來完成這種細(xì)胞靶向，納米顆粒就像鎖和鑰匙一樣，與目標(biāo)細(xì)胞的表面特異性結(jié)合。然而，在這種方法的實(shí)驗室測試中，只有一小部分納米顆粒到達(dá)了目標(biāo)細(xì)胞，科學(xué)家們說，這種方法在制造上存在挑戰(zhàn)。

Green和他的團(tuán)隊測試了各種材料，最終決定將所需的mRNA包裹在聚合物基容器中。聚合物是一組重復(fù)的小分子，它們形成一個緊密結(jié)合的鏈，形成一個更大的分子，它們可以被設(shè)計成在體內(nèi)生物降解回小分子。Green的團(tuán)隊設(shè)計了納米顆粒親水分子和疏水分子的比例，這是使納米顆粒更容易包裹mRNA并使其更容易進(jìn)入目標(biāo)細(xì)胞的關(guān)鍵。

然后，Green的團(tuán)隊使用二硫鍵使納米顆粒在目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)迅速降解。用于構(gòu)建納米顆粒的聚合物包含對特定組織類型具有親和力的端蓋分子。

最后，Green和他的團(tuán)隊在納米顆粒中添加了一種“輔助劑"，也被稱為佐劑。佐劑有助于激活樹突細(xì)胞。

在實(shí)驗室培養(yǎng)的細(xì)胞實(shí)驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們開發(fā)的納米顆粒結(jié)構(gòu)被初級樹突狀細(xì)胞吸收的水平比mRNA本身高出約50倍。在小鼠實(shí)驗中，納米顆粒到達(dá)的脾臟中近80%的細(xì)胞是目標(biāo)樹突狀細(xì)胞。

在一組實(shí)驗中，研究人員使用帶有基因工程免疫細(xì)胞的小鼠，如果打開納米顆粒以顯示其mRNA含量，它們就會發(fā)出紅光。他們發(fā)現(xiàn)，脾臟中5%到6%的樹突狀細(xì)胞成功地吸收、打開并處理了納米顆粒，與巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和T細(xì)胞等其他免疫細(xì)胞相比，這種情況主要發(fā)生在樹突狀細(xì)胞中。

“免疫系統(tǒng)被設(shè)計成通過放大反應(yīng)來工作，在那里樹突狀細(xì)胞教導(dǎo)其他免疫細(xì)胞在體內(nèi)尋找什么，"Green說。

后來的實(shí)驗表明，在兩次注射新的納米顆粒制劑和免疫治療藥物后，一半的結(jié)直腸癌小鼠長期存活，相比之下，使用其他納米顆粒制劑和免疫治療藥物或單獨(dú)使用免疫治療藥物治療后，10%至30%的小鼠存活。

在長期存活的結(jié)直腸癌小鼠中，當(dāng)研究人員給它們額外的結(jié)直腸癌細(xì)胞時，它們都沒有額外的治療，這表明長期的免疫反應(yīng)阻止了癌癥的復(fù)發(fā)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，在用這種新型納米顆粒治療21天后，小鼠體內(nèi)60%的殺傷細(xì)胞T細(xì)胞被武裝起來，能夠識別并攻擊結(jié)腸直腸細(xì)胞。同樣，在患有黑色素瘤的小鼠身上，大約有一半的同種T細(xì)胞被準(zhǔn)備好攻擊黑色素瘤。

Green說:“納米顆粒輸送系統(tǒng)能夠產(chǎn)生一群能夠識別癌癥相關(guān)抗原的T細(xì)胞。這種新的納米顆粒輸送系統(tǒng)可能會改善傳染病疫苗的接種方式，也可能為治療癌癥開辟一條新的途徑。"