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)出一種納米顆粒——一種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)以癌癥治療為重點的疫苗。

事實證明，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。

在實驗室培養(yǎng)的細(xì)胞實驗中，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。"