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基因工程纳米颗粒直接将地塞米松输送到发炎的肺部

示意性设计成递送的地塞米松,以发炎的肺部遗传工程细胞膜涂覆的纳米颗粒的。信用:张实验室

加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师已经开发出了模拟免疫细胞的纳米颗粒,这些纳米颗粒针对肺部炎症,并将药物直接输送到需要的地方。为了证明这一概念,研究人员将纳米颗粒填满药物地塞米松,并将其用于肺部组织发炎的小鼠。在给予纳米颗粒的小鼠中,炎症得到了完全治疗,而标准的给药方法没有任何疗效。

研究人员将他们的发现发表在科学推进6月16日。

有什么特别的这些纳米颗粒是它们涂在细胞膜一个已经遗传工程寻找并绑定到发炎的肺细胞。他们是这是所谓的细胞膜涂层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方实验室开发。他的实验室以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;并训练免疫系统对抗癌症。但是,虽然之前的这些细胞膜是从人体细胞中自然提取出来的,但用于包裹这种充满地塞米松的纳米颗粒的细胞膜却不是。

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加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)的纳米工程教授张良方(Liangfang Zhang)十多年来一直在开发细胞膜涂层的纳米颗粒。

“在这篇论文中,我们在收集细胞膜之前使用了一种基因工程方法来编辑细胞表面的蛋白质。这极大地推进了我们的技术,使我们能够精确地在细胞膜上过表达某些功能蛋白或敲除某些不需要的蛋白。”

张勇实验室的研究生、这篇论文的第一作者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的部位。作为回应,免疫细胞表达一种名为VLA4的蛋白质,它寻找并与VCAM1结合。

“我们设计的细胞膜表达完整版VLA4所有的时间,”帕克说。“这些膜,以便不断地过度表达VLA4寻求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部的药物来治疗特定的炎症区域。”

在感兴趣的网站,而纳米粒子不会直接提高该药物地塞米松的疗效情况下,集中这可能意味着需要较低的剂量。这项研究表明,地塞米松累积在更高层次关注的部位,更快,比标准给药方法。

Park说:“我们提供的是与临床使用的完全相同的药物,但不同的是我们将药物集中在感兴趣的地方。”“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停留在需要的地方,在其积累并发挥作用之前,不会被身体清除。”

研究人员指出,这种基因工程细胞膜的做法是一种平台技术,在理论上可以用来为目标的体佩VCAM-1的其他领域,不仅炎症的炎症,但是更广泛的用例的通用信号为好。

Park说:“这是一个多功能平台,不仅针对肺部炎症,而且针对任何上调VCAM1的炎症。”“这项技术可以推广;这种工程细胞膜涂层的纳米颗粒不必过度表达VLA4,它可以被替换成另一种蛋白质,可以靶向身体的其他区域或实现其他目标。”

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纳米工程研究生俊何园是该研究的第一作者。

为了使细胞膜过度表达vlad4蛋白,Park和他的团队首先将vlad4基因包装到病毒载体中r.他们然后插入该重新编程病毒载体导入来自小鼠实验室生长的宿主细胞。将细胞结合,所述病毒载体携带到他们自己的基因组,并作为一个结果的基因,产生该膜不断过表达VLA4。

研究人员的下一步是使用人类细胞膜而不是老鼠细胞膜来研究这一过程,这些细胞膜被设计成表达人类版本的VLA4。在将该技术用于人体临床试验之前,还需要进行许多步骤,但研究人员表示,平台技术的这些早期结果令人鼓舞。

“通过利用已建立的基因编辑技术,这项研究推进细胞膜涂覆的纳米颗粒到一个新的水平,开辟了靶向给药和其他医疗应用的新机会”,张结束。

论文:“基因工程细胞膜涂层纳米颗粒靶向输送地塞米松到发炎的肺部。”共同作者包括姚江,周家荣,龚华,Animesh Mohapatra, Jiyoung Heo, Weiwei Gao和Ronnie H. Fang。

这项工作得到了美国国立卫生研究院(R01CA200574)和美国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。


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