基因工程纳米颗粒直接将地塞米松输送到发炎的肺部

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加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发出了模拟免疫细胞的纳米颗粒，可以靶向肺部炎症，并直接将药物输送到需要的地方。作为概念的证明，研究人员将药物地塞米松填充在纳米颗粒中，并将其用于肺部组织发炎的小鼠。注射了纳米颗粒的小鼠的炎症得到了完全的治疗，在标准的药物浓度下，标准的给药方法没有任何效果。

研究人员将他们的发现发表在科学的进步6月16日。

这些纳米颗粒的特殊之处在于，它们被包裹在一层经过基因工程改造的细胞膜上，用于寻找并结合发炎的肺细胞。他们是这是所谓的细胞膜包覆纳米颗粒的最新产品由加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授张良芳实验室开发。他的实验室此前曾使用细胞膜包裹的纳米颗粒来吸收MRSA产生的毒素;治疗脓毒症;训练免疫系统对抗癌症。但是，虽然这些先前的细胞膜自然地来源于人体细胞，但用于包裹这个充满地塞米松的纳米颗粒的细胞膜却不是。

张良芳，加州大学圣地亚哥分校的纳米工程教授，十多年来一直致力于开发细胞膜包裹的纳米颗粒。

“在这篇论文中，我们在收集细胞膜之前使用基因工程方法编辑细胞表面蛋白质。这大大提高了我们的技术，使我们能够在膜上精确地过表达某些功能蛋白质或敲除一些不需要的蛋白质，”张说，他是该论文的高级作者。

张勇实验室的研究生、论文第一作者朴俊浩(Joon Ho Park)说，研究人员注意到，当内皮细胞发炎时，它们会过度表达一种名为VCAM1的蛋白质，其目的是吸引免疫细胞到发炎部位。作为回应，免疫细胞表达一种名为VLA4的蛋白质，它寻找并结合VCAM1。

Park说:“我们设计的细胞膜可以一直表达完整版本的VLA4。”“这些细胞膜不断过度表达VLA4，以寻找VCAM1和炎症部位。这些工程细胞膜允许纳米颗粒找到炎症部位，然后释放纳米颗粒内的药物来治疗特定的炎症区域。”

虽然纳米颗粒不会直接增强药物的疗效，但在这种情况下，将其集中在感兴趣的部位可能意味着需要更低的剂量。这项研究表明，地塞米松在感兴趣的部位积累的水平更高，速度更快，比标准的给药方法。

帕克说:“我们提供的是在临床中使用的完全相同的药物，但不同的是我们将药物浓缩到感兴趣的地方。”“通过让这些纳米颗粒靶向炎症部位，这意味着更大一部分药物将到达需要它的地方，而在它积累起来并发挥作用之前，不会被身体清除。”

研究人员指出，这种基因工程细胞膜方法是一种平台技术，理论上不仅可以用于靶向身体其他部位的炎症(VCAM1是炎症的普遍信号)，还可以用于更广泛的应用案例。

Park说:“这是一个多功能的平台，不仅适用于肺部炎症，还适用于任何类型的上调VCAM1的炎症。”“这项技术可以推广;这种经过工程改造的细胞膜包裹的纳米颗粒不需要过度表达VLA4，它可以被交换成另一种蛋白质，可以靶向身体的其他部位或实现其他目标。”

纳米工程研究生Joon Ho Park是这项研究的第一作者。

为了使细胞膜过表达VLA4蛋白，Park和他的团队首先将VLA4基因包装到病毒载体中r．然后他们将这种重新编程的病毒载体插入实验室培养的来自小鼠的宿主细胞中。这些细胞将病毒载体携带的基因整合到自己的基因组中，从而产生不断过度表达VLA4的膜。

研究人员的下一步是使用人类细胞膜而不是小鼠细胞膜来研究这一过程，后者被设计成表达人类版本的VLA4。在该技术在人类临床试验中进行测试之前，仍需要许多步骤，但研究人员表示，这些平台技术的早期结果令人鼓舞。

“通过利用现有的基因编辑技术，这项研究将细胞膜包被纳米颗粒推向了一个新的水平，为靶向药物递送和其他医疗应用开辟了新的机会。”张晓峰总结道。

论文:“基因工程细胞膜包被的纳米颗粒用于靶向输送地塞米松到发炎的肺部。”合著者包括蒋瑶、周家荣、龚华、Animesh Mohapatra、许继永、高维维和Ronnie H. Fang。

这项工作得到了美国国立卫生研究院(R01CA200574)和国防威胁减少局化学和生物防御联合科学技术办公室(HDTRA1-18-1-0014)的支持。