來(lái)自麻省理工學(xué)院、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所和哈佛大學(xué)Broad研究所的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種將藥物傳遞到細(xì)胞上的新方法。這個(gè)名為SEND的系統(tǒng)可以通過(guò)編程來(lái)封裝和運(yùn)送不同的RNA貨物。

完全組裝好的SEND從細(xì)胞中釋放出來(lái)，用于基因治療

這個(gè)名為SEND的系統(tǒng)利用體內(nèi)形成病毒樣顆粒并結(jié)合RNA的天然蛋白質(zhì)，與其他傳遞方法相比，它可能會(huì)引起較少的免疫反應(yīng)。相關(guān)研究成果公布在Science雜志上。

研究證明，新的給藥平臺(tái)能在細(xì)胞模型中有效工作，并且，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，可能會(huì)為廣泛的分子藥物開(kāi)辟一類(lèi)新的給藥方法，包括基因編輯和基因替換。現(xiàn)有的這些療法載體效率低下，隨機(jī)地整合到細(xì)胞基因組中，有些還會(huì)刺激不必要的免疫反應(yīng)。SEND有希望克服這些限制，這可能為分子醫(yī)學(xué)提供新的機(jī)會(huì)。

“生物醫(yī)學(xué)界一直在開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的分子療法，但以精確和有效的方式將它們傳遞到細(xì)胞中是具有挑戰(zhàn)性的，”CRISPR的先驅(qū)、該研究的通訊作者張峰說(shuō)，“SEND有潛力克服這些挑戰(zhàn)�！�

在Science雜志的報(bào)道中，該團(tuán)隊(duì)描述了SEND（Selective Endogenous eNcapsidation for cellular Delivery，選擇性內(nèi)源性細(xì)胞封裝細(xì)胞遞送，生物通注）如何利用人類(lèi)細(xì)胞制造的分子，在SEND的中心是一種叫做PEG10的蛋白質(zhì)，它通常與自己的mRNA結(jié)合，并在其周?chē)�形成一個(gè)球形的保護(hù)囊。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)PEG10進(jìn)行了工程改造，使其選擇性地包裝和傳遞其他RNA。然后他們使用SEND將CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)傳送到小鼠和人類(lèi)細(xì)胞中，編輯靶標(biāo)基因。

文章一作Michael Segel是張鋒實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，他表示PEG10在轉(zhuǎn)移RNA的能力方面并不是唯一的�！斑@就是令人興奮的地方，”Segel說(shuō)，“這項(xiàng)研究表明，人體內(nèi)可能還有其他RNA轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，也可以用于治療目的。這也提出了一些非常有趣的問(wèn)題，即這些蛋白質(zhì)的自然作用可能是什么�！�

靈感來(lái)自內(nèi)部

PEG10蛋白自然存在于人類(lèi)體內(nèi)，由一種“逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子”(一種類(lèi)似病毒的基因元件)衍生而來(lái)，這種基因在數(shù)百萬(wàn)年前就與人類(lèi)祖先的基因組整合在了一起。隨著時(shí)間的推移，PEG10已經(jīng)被機(jī)體吸收成為對(duì)生命重要的蛋白質(zhì)庫(kù)的一部分。

四年前，研究人員發(fā)現(xiàn)另一種反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子衍生蛋白：ARC可以形成病毒樣結(jié)構(gòu)，并參與細(xì)胞之間的RNA轉(zhuǎn)移。盡管這些研究表明，有可能將逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子蛋白作為轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，但科學(xué)家還沒(méi)有成功地利用這些蛋白在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中包裝和運(yùn)送特定的RNA。

了解了一些反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子衍生的蛋白質(zhì)能夠結(jié)合和包裝分子貨物后，張博士的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始考慮把這些蛋白質(zhì)作為可能的運(yùn)輸工具。他們?cè)谌祟?lèi)基因組中系統(tǒng)地搜索這些蛋白質(zhì)，尋找能形成保護(hù)性膠囊的蛋白質(zhì)。在最初的分析中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了48個(gè)編碼蛋白質(zhì)的人類(lèi)基因，這些蛋白質(zhì)可能具有這種能力。其中有19種候選蛋白同時(shí)存在于小鼠和人類(lèi)體內(nèi)。在研究小組的細(xì)胞系中，PEG10作為一種高效穿梭候選蛋白脫穎而出。這些細(xì)胞釋放的PEG10顆粒明顯多于其他測(cè)試的蛋白質(zhì)。PEG10粒子也大多含有自己的mRNA，表明PEG10可能能夠包裝特定的RNA分子。

開(kāi)發(fā)模塊化系統(tǒng)

為了開(kāi)發(fā)SEND技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)還確定了PEG10 mRNA中的分子序列，或稱(chēng)“signals”，PEG10識(shí)別并用于包裝其mRNA。然后，研究人員利用這些信號(hào)來(lái)改造PEG10和其他RNA貨物，使PEG10可以選擇性地包裝這些RNA。接下來(lái)，研究小組用額外的蛋白質(zhì)裝飾PEG10膠囊，這些蛋白質(zhì)被稱(chēng)為“fusogens”，在細(xì)胞表面，幫助細(xì)胞融合在一起。

通過(guò)在PEG10膠囊上設(shè)計(jì)融合原，研究人員應(yīng)該能夠?qū)⒛z囊靶向到一種特定的細(xì)胞、組織或器官。作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的第一步，該團(tuán)隊(duì)使用了兩種不同的fusogens(包括在人體中發(fā)現(xiàn)的一種)來(lái)實(shí)現(xiàn)SEND貨物的運(yùn)送。

張鋒說(shuō):“通過(guò)混合和匹配SEND系統(tǒng)中的不同成分，我們相信它將為開(kāi)發(fā)不同疾病的治療方法提供一個(gè)模塊化平臺(tái)。”

發(fā)展基因療法

SEND是由體內(nèi)自然產(chǎn)生的蛋白質(zhì)組成的，這意味著它可能不會(huì)觸發(fā)免疫反應(yīng)。研究人員說(shuō)，如果這在進(jìn)一步的研究中得到證實(shí)，SEND可能會(huì)為重復(fù)使用基因療法提供機(jī)會(huì)，而且副作用很小�！癝END技術(shù)將補(bǔ)充病毒載體和脂質(zhì)納米顆粒，進(jìn)一步擴(kuò)大將基因和編輯療法傳遞到細(xì)胞的方法工具箱�！�

下一步，該團(tuán)隊(duì)將在動(dòng)物身上測(cè)試SEND，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，將貨物運(yùn)送到各種組織和細(xì)胞。他們還將繼續(xù)探索人體中這些系統(tǒng)的自然多樣性，確定可以添加到SEND平臺(tái)的其他組件。

“我們很高興能繼續(xù)推進(jìn)這一方法，”張鋒說(shuō)，“我們可以使用PEG10，很可能還有其他蛋白質(zhì)，在人體中設(shè)計(jì)一個(gè)傳遞途徑，包裝和傳遞新的RNA和其他潛在療法，這是一個(gè)非常強(qiáng)大的概念�！�