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光热纳米纤维让分子安全“挤”进细胞

前瞻网    2021-10-27 18:02

 

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根特大学(Ghent University)的研究人员,在过去10年里,专注于研究一种用光热纳米纤维安全工程治疗细胞的方法。如今,一项新研究深入介绍了这些生物兼容的光热纳米纤维是如何被开发,以及在激光照射下,与这些纳米纤维接触的细胞是如何被渗透,并能被各种效应分子转染,包括CRISPR/Cas9核糖核蛋白复合物和siRNA。研究团队证明,用这种纳米纤维转染的细胞,如胚胎干细胞和人类T细胞,健康状况极佳,并保持其治疗功能。

基于细胞的疗法,构成了一种较新的治疗形式,将经过基因改造的细胞注入病人体内,以预防或治疗疾病。一个众所周知的例子是使用癌症患者自身的免疫细胞,这些细胞可以被分离出来,在实验室环境中进行基因改造和扩增,并重新注入患者体内以攻击肿瘤细胞。

在这方面,纳米粒子敏化光化技术特别有前途,因为它高效率、高产量和低毒性。它的基础是使用光反应性纳米粒子,如金纳米粒子(NPs),在脉冲激光照射下可以形成爆炸性纳米气泡。这些微小的爆炸可以在细胞膜上诱发小孔,使细胞介质中补充的外部效应分子进入细胞。然而,将纳米粒子敏化光化技术转化为临床应用的过程中,由于细胞已经与(不可降解的)纳米粒子接触,造成了毒理学和监管方面的担忧。

因此,需要一种新的方法,既保留了纳米粒子敏化光化的优势,又避免了纳米粒子和细胞的直接接触。于是研究团队将光热氧化铁纳米粒子(IONPs)嵌入通过电纺生产的生物相容性聚合物纳米纤维中。聚己内酯(PCL)是一种广泛用于生物医学应用的生物相容性聚合物,而IONPs具有成本效益,并具有广泛的光吸收光谱。

研究表明,使用光热纳米纤维的光照可以成功地将功能性生物分子,包括siRNA或CRISP-Cas9核糖核酸蛋白(RNPs),传递到粘附和悬浮细胞,包括人类胚胎干细胞(hESC)和初级人类T细胞。

作为一个基准,与最先进的电穿孔法进行了比较。虽然电穿孔细胞的表型和功能发生了变化,但光穿孔细胞却没有这种情况,它们保留了增殖的能力,在CAR-T细胞的情况下,它们还能杀死肿瘤细胞。最后,研究者用针对PD1受体的siRNA转染CAR-T细胞,PD1受体是一种著名的免疫检查点抑制剂。

用光热纳米纤维进行光化处理,能够在各种细胞类型中高效和安全地进行广泛效应分子的细胞内递送,而不需要接触潜在的有毒光热纳米粒子。研究人员相信这是朝着利用光化技术安全、高效地生产基因修饰的细胞疗法迈出的重要一步。

题为Photothermal nanofibres enable safe engineering of therapeutic cells的相关研究论文发表在《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上。

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责任编辑: 4150ZYN

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