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广谱抗病毒、治心脏病、治神经病,除了对抗癌症,纳米药物还能这么用!

来源:本站原创 2018-03-01 17:49

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2018年3月1日讯 /生物谷BIOON /——谈及纳米药物,大家最容易想到的就是抗癌。由于纳米药物超小的尺寸以及肿瘤组织血管不完整的原因,纳米药物在肿瘤组织部位具有增强渗透和滞留效应,因此纳米药物抗肿瘤研究现在正在如火如荼的进行着。当然,神通广大的纳米药物可以输送化疗药物、基因以及各种成像试剂,因此只研究其抗癌似乎有点说不过去,毕竟这世间还有数以亿计的人由于各种其他疾病处于水深火热之中。小编在此整理了近期用纳米药物治疗其他疾病的重磅研究,分享给大家。

治疗心脏病

【1】Nat Biomed Engine:利用纳米囊泡装饰干细胞有望改善心脏修复的靶向性疗法

DOI:10.1038/s41551-017-0182-x

尽管心脏干细胞疗法对于心脏病患者而言是一种极具前途的治疗手段,其能够指导细胞进入到损伤部位并让其停留,但如今在治疗心脏病方面科学家们仍然面临巨大挑战,近日,刊登在国际杂志Nature Biomedical Engineering上的一篇研究报告中,来自北卡州立大学的研究人员利用动物模型进行了一项初步研究,他们发现,利用血小板纳米囊泡来装饰心脏干细胞或能增加干细胞寻找并在心脏病发作损伤部位停留的能力,同时还能增强疗法的治疗效果。


研究者Cheng说道,血小板能够进入并停留到损伤位点,甚至在某些情况下其还能够招募机体自身存在的干细胞至损伤部位,但其似乎是一把双刃剑,这是因为,当血小板到达损伤位点时,其会诱发促进凝血的凝集过程,而在心脏病发作的时候,血凝块或许是研究人员最不想看到的。

于是研究人员就想知道是否在不诱导血凝的情况下能够选择血小板清楚定位并且粘附在损伤位点的能力,结果发现,位于血小板上的一类糖蛋白—粘附分子主要负责血小板寻找并结合损伤位点的能力,因此研究人员就从这些分子中开发出了一些血小板纳米囊泡结构,随后利用囊泡来对心脏干细胞表面进行装饰。

Cheng说道,纳米囊泡就好像血小板的外套一样,其并是不激活血凝的内在细胞机器,当你将纳米囊泡置于干细胞表面时,就好像给干细胞带上了小型的GPS,其能帮助血小板定位损伤位点,以便能及时完成损伤修复工作,同时还不引发和血小板活化相关的副作用。在对心肌梗死的小鼠模型进行概念验证的研究中,相比没有进行装饰的心脏干细胞而言,纳米囊泡装饰后的干细胞(PNV-CSCs)在心脏损伤位点固定的效率是前者的两倍,同时研究人员对小鼠模型进行为期4周的监测发现,相比对照组而言,PNV-CSC组小鼠心脏的功能要比前者增加20%甚至更高。

随后研究人员对猪模型进行了一项小规模的研究,结果表明,PNV-CSC组模型干细胞的保留率比较高(尽管研究者并未进行功能性研究),后期研究中研究人员计划进行更为深入的研究来证实这一点;最后研究者表示,血小板纳米囊泡或许并不会影响心脏干细胞的表现,同时其也并不会产生任何副作用,未来研究者希望能够利用这种新方法来改善临床实验中所使用的心脏干细胞疗法的效率。

【2】突破!Science子刊报道纳米药物可以治疗心脏疾病!

DOI: 10.1126/scitranslmed.aan6205


一组来自意大利和德国的研究团队已经开发出了一种可吸入性纳米颗粒用于治疗心脏病人。在他们发表在Science Translational Medicine上的最新研究中,研究人员详细介绍了他们如何开发纳米药物,它如何使用以及如何发挥疗效。

近年来纳米颗粒已经被用于递送多种药物到人体各种组织,大多数都采用口服给药或者是静脉注射给药,但是这些方式都不能有效地将药物输送到心脏。因此研究人员开发出了可吸入式纳米药物,使得它们可以更快到达心脏并被心肌细胞吸收,最终改善心脏功能。

研究团队使用与牙齿和骨头相似的材料制备了纳米颗粒——磷酸钙纳米颗粒,它们足够小以至于可以进入心脏组织,但是又是足够大可以装载药物。他们选择了可以修复心脏细胞表面的钙离子通道的药物,而修复钙离子通道被认为使恢复正常心电活动最关键的部分。

将药物负载在纳米颗粒上之后,研究人员给小鼠和大鼠吸入了这些药物,这些动物的心脏都遭受了糖尿病性心脏病类似的损伤,同时研究人员检测了动物的心脏健康状况,结果发现用药之前这些动物的心脏健康评分比正常动物低17%,而用药之后评分提高了15%,几乎完全恢复。

得到这些鼓舞人心的结果后,研究人员又在猪身上进行了研究,他们想看到这种纳米药物到底能以多快的速度到达心脏组织,结果不出所料,这种药物比其他给药方式更快地富集在了心脏组织。

研究团队还报道该药物递送体系不会对心脏组织造成毒性,但是在进行人体实验之前还需要进一步深入研究该药物递送系统的毒性。

抗病毒,治流感!

【1】Nature Materials:新型纳米颗粒可能广谱抗病毒

DOI: 10.1038/nmat5053


世界上成百上千万的人每年因为病毒感染而死亡。现有的抗病毒药物,往往只能够针对单一的或者某一类病毒。现在仅有的几种广谱性的抗病毒药物,需要持续服用来抵抗病毒,且病毒成熟后导致的抗药性也持续存在。

一个由美国、新西兰、意大利等国科学家组成的国际联合课题组,设计了一种新型的抗病毒纳米颗粒,可以广谱的针对各种不同的病毒,例如单纯疱状病毒,人乳头瘤病毒,呼吸道合胞病毒,登革热病毒和慢病毒。这种新设计的纳米颗粒可以模拟细胞表面的一种叫做硫酸肝素蛋白多糖的分子。多数病毒往往通过结合到细胞表面的这种分子来进入细胞。尽管现在存在着几种模拟这种分子的药物,但是他们和病毒的结合强度不够高。

借助分子模拟的方法,计算生物学家获得的结果可以用来指导实验生物学家的分子纳米颗粒的设计和改造。利用分子动力学模拟,该团队建立了纳米颗粒和分子表面蛋白相互结合的原子级精度的模型。利用这些模型,团队尝试了不同类别的纳米颗粒与病毒表面蛋白相互作用的潜在方式,这能够帮助实验科学家更好地预测哪种类别的纳米颗粒能够更好的结合到病毒表面,并且进一步将他们杀死。科学家最后设计并合成了一种新型纳米颗粒,能够结合到不同的蛋白表面,而且能够广谱地杀死不同类病毒,同时对于正常的组织细胞没有伤害。

该团队认为,他们设计了一种新类型的纳米颗粒的原型,未来就该纳米颗粒原型的改造,可能会产生更广谱抗病毒的纳米颗粒,最终形成药物造福人类。

【2】Nat Commun:重磅!华人科学家开发出可预防各种流感病毒的纳米疫苗!

DOI: 10.1038/s41467-017-02725-4

根据佐治亚州立大学的一项新研究,研究人员已经开发出了一种通用疫苗对抗甲型流感病毒,该疫苗可以在小鼠体内产生长期存在的免疫反应,可比季节性流感疫苗更好地保护小鼠。

流感是一种可传染的呼吸道疾病,会影响鼻子、喉咙和肺部,据美国疾病防控中心(CDC)统计,流感是美国最大的致死疾病之一。CDC估计从2010年起流感每年导致美国12000-56000例病人死亡。

“疫苗是防止流感死亡最有效的方法,但是病毒变化太快,你每年必须不断接受新的疫苗。”Bao-Zhong Wang说道,他是佐治亚州立大学生物医学研究所副教授。“我们试图开发新型疫苗以避免每年注射疫苗。我们正在开发一种通用的流感疫苗。你不需要每年改变注射疫苗的类型,因为它是通用的,可以保护你免受许多病毒疫苗的感染。”

“我们想做的事情是诱导机体对病毒的表面糖蛋白产生反应,而不是头部部分。你可以通过这种方式对抗一系列流感病毒,因为所有的病毒都具有这个相同的茎结构域。但是这个茎结构域本身并不稳定,因此我们使用了一种特殊的方式使这种疫苗包含茎结构域。我们成功了!我们将这个茎结构域组装进一个蛋白质纳米颗粒中形成疫苗。蛋白一旦进入纳米颗粒内部,它就不容易降解。我们的免疫细胞具有较好的吞噬颗粒的能力,因此这种纳米颗粒比可溶性蛋白质诱导免疫反应的能力强很多。”

纳米颗粒很特殊,因为它们包含了整条可以诱导免疫反应的蛋白质,而双层表面可以更好地维持蛋白质的功能。

为了确定纳米颗粒疫苗的疗效,研究人员通过肌肉注射给小鼠进行了两次免疫,然后将它们暴露在几种流感病毒下:H1N1、H3N2、H5N1、H7N9。结果发现疫苗为小鼠提供了通用的完全的保护,显著降低了肺部病毒的数量。

接下来,研究人员将在雪貂中检测这种纳米疫苗的效果,雪貂与人的呼吸系统结构很相似。

“疫苗由高度保守的结构域组成。这也是它诱导产生的免疫反应能提供广泛保护的原因。”Lei Ding说道,他是该研究第一作者,佐治亚州立大学生物医学研究所博士后研究员。“季节性流感疫苗会诱导针对HA分子头部的强烈免疫反应,但是这个部分是高度易变的,这也是我们每年都需要注射新疫苗的原因。我们的疫苗克服了这个问题,但是是否能在人体内诱导长期免疫反应,我们还需要进一步在临床试验中测试才能确认。”

颠覆光遗传学

Science光遗传学重大突破!上转换纳米颗粒助力大脑深部刺激!或将颠覆神经疾病治疗!

DOI: 10.1126/sciadv.aaq1144

你无法看到水井或者海水深处,因为光无法穿透这么深。尽管大脑并非无底洞,但是神经学家们在研究大脑深部结构时也面临着相同的问题,光无法穿透到大脑深部。这对光遗传学而言更是个问题,因为这种技术主要通过光操纵遗传标记的大脑细胞,在过去数十年间越来越流行。“光遗传学是实验室控制神经元的突破性工具,将来也有可能运用于临床。”日本理化研究所(RIKEN)脑科学研究所研究组长Thomas McHugh说道。“不幸的是,现在向大脑导入光需要侵入性光学纤维。”


McHugh及其同事现在找到了将光非侵入性导入到脑深处的新方法。在他们昨天发表于《Science》上的文章中,他们使用上转换纳米颗粒(UCNPs)将激光导入到了头盖骨深处。这种纳米颗粒可以在传统光遗传学无法达到的深度吸收近红外光并将它们转变为可见光。这种方法被用于激活大脑不同区域的神经元、沉默癫痫及激活记忆细胞。“纳米颗粒可以有效地延长我们光纤可以到达的深度,从而可以进行光的远程递送,实现非侵入性治疗。”McHugh说道。

光遗传学中通常用蓝光激活或者关闭神经元的光响应离子通道。但是这个波长范围的光会发生强烈的散射,距离可以穿透大脑深部组织的近红外光很远。UCNPs由镧系家族元素组成。它们的光激活特性可以把低能量的近红外光转变为高能量的蓝光或者绿光,以此控制特殊标记的细胞。尽管这种方式在小范围内传输了足够的能量,但是并未观察到局部温度上升或者细胞损伤。

除了激活神经元,UCNPs也可以用于抑制癫痫小鼠病情。研究人员给小鼠海马区注射了可以发出绿光的纳米颗粒,随后用近红外光在头盖骨表面进行照射。结果这些小鼠的癫痫神经元被有效沉默。在另一个叫做内侧隔核的区域,纳米颗粒发出的光促进了神经元theta周期(一种重要的脑电波)的同步。在具有恐惧记忆的小鼠中,研究人员使用可以发光的UCNPs成功在海马区激起了小鼠的恐惧记忆。这些神经元激活、抑制和记忆激起效应只在注射了纳米颗粒的小鼠身上观察到。

小鼠的记忆激起可以维持两周。这表明UCNPs保留在注射部位,研究人员也通过显微镜确认了这个现象。“这些纳米颗粒似乎非常稳定,并具有生物相容性,这使得它们可以长期使用。此外,低扩散性意味着我们可以特异性靶向神经元。”McHugh说道。这项研究中使用的纳米颗粒与现有光遗传学领域使用的各种光都兼容,因此可以用于许多深部脑组织的神经元激活或者抑制。这些纳米颗粒可以成为侵入性光纤的替代物,这些颗粒与脑组织的慢性反应研究目前正在进行。

助力基因编辑

Nat Biotechnol:重磅!科学家开发出能携带CRISPR系统的新型纳米颗粒 可实现对细胞基因组的精准编辑

DOI:10.1038/nbt.4005

近日,刊登在国际著名杂志Nature Biotechnology上的一篇研究报告中,来自MIT的科学家开发出了一种新型纳米颗粒,这种纳米颗粒能够运输CRISPR基因编辑系统,并对小鼠机体的基因进行特异性修饰;因此研究人员就能够利用纳米颗粒来携带CRISPR组分,从而就消除了使用病毒的需要。


利用这种新型的运输技术,研究者就能对大约80%的肝脏细胞进行特定基因的切割,这或许就能达到目前在成体动物中应用CRISPR技术的最佳成功率。 研究者Daniel Anderson教授说道,让我们非常激动的是,我们制造了这种特殊的纳米颗粒,其能被用来永久特异性地编辑成年动物机体肝细胞中的DNA;本文研究中,研究者所研究的一种名为Pcsk9的基因能调节机体胆固醇的水平,而人类机体中该基因的突变或许和一种名为家族性高胆固醇血症的罕见疾病有关,目前FDA批准的两种抗体药物能够抑制Pcsk9基因的表达,然而这些抗体药物需要在患者后半生中定期服用,而新型的纳米技术或能永久性地对该基因进行编辑,同时就为治疗这种罕见疾病提供了新的治疗思路。

在很多情况下,科学家们依赖于病毒来运输Cas9基因和RNA链,2014年,研究人员Anderson及其同事通过研究开发了一种新型的非病毒运输系统,利用CRISPR技术来有效治疗酪氨酸血症(一种肝脏疾病),然而这种运输技术需要进行高压注射,这就会对患者机体肝脏带来潜在的损伤作用。

后来,研究人员就通过将编码Cas9的信使RNA包裹到纳米颗粒中来替代病毒,从而就实现了不用高压注射也能够运输CRISPR的关键组分,利用这种技术,研究者就能够对大约6%的肝脏细胞进行基因靶向编辑,这就足以治疗酪氨酸血症了。这项研究中,研究人员利用纳米颗粒来运输Cas9和RNA导向链,并不需要病毒,为了能够有效运输RNAs,研究者首先必须对RNA进行化学修饰来保护其免于机体酶类的降解作用。

研究人员分析了Cas9和sgRNA(RNA导向链)形成的复合体的结构,目的在于阐明到底是RNA导向链的哪一部分能被化学修饰,还不干扰两个分子的结合,基于前期分析,研究者就开发并且检测了多种可能性的修饰组合。研究者Yin说道,我们能够利用Cas9和sgRNA复合体来作为一种引导工具,并进行测试来确保我们可以对70%的RNA导向链进行修饰,对其进行修饰并不会影响sgRNA和Cas9的结合,而增强化学修饰同样还会增强其二者结合的活性。

随后研究人员将这些修饰后的RNA导向链(增强型的sgRNA)包裹入脂质纳米颗粒,此前研究者利用这种纳米颗粒将其它类型的RNA运输到肝脏中,而本文研究中他们将这些脂质纳米颗粒注射到了携带能编码Cas9的mRNA纳米颗粒的小鼠机体中。研究者重点对调节胆固醇水平的Pcsk9基因进行了研究,在超过80%的肝脏细胞中都能消除这种基因,从而就无法在这些小鼠中检测到Pcsk9蛋白的存在,被治疗的小鼠机体总胆固醇水平也会出现35%的下降。

目前研究人员正在寻找是否能利用该技术治疗其它肝脏疾病;研究者Anderson认为,一种能特异性关闭基因表达的完全合成性的纳米颗粒或许就能作为一种强大的工具,这并不仅仅是针对Pcsk9基因,还包括了其它疾病,肝脏是人体重要的器官,同时其也是很多疾病发生的来源,如果能实现对肝脏细胞中DNA的重编程,研究人员或许就能够有效遏制多种肝脏来源的疾病了;本文研究中,研究人员所开发的纳米技术新应用未来或能为基因编辑研究开辟多种途径。(生物谷Bioon.com)

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