新的纳米粒子测试可以加快药物开发

一组研究人员已经设计出一种方法，可以快速测试不同的纳米粒子，以查看它们在体内的位置，从而帮助识别用于基因传递或RNA干扰的粒子。

许多科学家正在寻求通过提供可以打开或关闭基因的DNA或RNA来治疗疾病的方法。然而，在该领域取得进展的主要障碍是找到将这种遗传物质安全地递送至正确细胞的方法。

将RNA或DNA链包裹在微小颗粒中是一种很有前途的方法。为了帮助加快此类药物运载工具的开发，来自麻省理工学院，佐治亚理工学院和佛罗里达大学的研究人员团队现在已经设计出一种方法，可以快速测试不同的纳米颗粒以查看它们在体内的位置。

麻省理工学院前研究生，现在是佐治亚理工学院的助理教授，该研究的主要作者，詹姆斯·达尔曼（James Dahlman）说：“药物输送是一个真正的重大障碍，需要克服。”“不管它们的生物学作用机制如何，所有基因疗法都需要安全且特异性地将药物递送至您想要靶向的组织。”

在《美国国家科学院院刊》上描述的这种方法可以帮助科学家将基因疗法靶向到体内的精确位置。

麻省理工学院化学工程系副教授，成员麻省理工学院的科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）的成员。

该论文的资深作者是安德森（Anderson）；罗伯特·兰格（Robert Langer），麻省理工学院戴维·H·科赫研究所教授，科赫研究所成员；和佛罗里达大学教授埃里克·王（Eric Wang）。其他作者是研究生凯文·考夫曼（Kevin Kauffman），麻省理工学院的应届毕业生邢一平和克洛伊·德洛特（Chloe Dlott），麻省理工学院的本科生泰勒·肖（Taylor Shaw）和科赫研究所技术助理Faryal Mir。

靶向疾病

寻找一种可靠的方式将DNA传递到靶细胞可以帮助科学家认识到基因疗法的潜力-一种通过提供新的基因来替代缺失或有缺陷的基因来治疗诸如囊性纤维化或血友病等疾病的方法。新疗法的另一种有希望的方法是RNA干扰，可通过用称为siRNA的短链RNA阻断过度活跃的基因来关闭过度活跃的基因。

然而，事实证明，将这些类型的遗传物质运送到人体细胞中是困难的，因为人体已经进化出许多防御机制，可以抵抗诸如病毒之类的外来遗传物质。

为了逃避这些防御，安德森（Anderson）的实验室开发了纳米颗粒，其中包括许多由称为脂质的脂肪分子制成的纳米颗粒，它们可以保护遗传物质并将其运送到特定的目的地。这些颗粒中的许多往往会在肝脏中积聚，部分原因是肝脏负责过滤血液，但要找到针对其他器官的颗粒却更加困难。

安德森说：“我们擅长将纳米颗粒输送到某些组织，但不是全部。”“我们还没有真正弄清楚颗粒的化学性质如何影响靶向不同目的地的目标。”

为了确定有前途的候选人，安德森（Anderson）的实验室通过改变其大小和化学成分等特征，生成了成千上万个粒子的库。然后，研究人员将它们置于实验室培养皿中生长的特定细胞类型上，以测试颗粒是否可以进入细胞。然后在动物中测试最佳候选者。但是，这是一个缓慢的过程，并且限制了可以尝试的粒子数量。

“我们面临的问题是，我们可以制造出比测试更多的纳米颗粒，”安德森说。

为了克服这一障碍，研究人员决定向每种类型的颗粒添加“条形码”，该条形码由约60个核苷酸的DNA序列组成。将颗粒注射到动物体内后，研究人员可以从不同组织中检索DNA条形码，然后对这些条形码进行测序，以查看哪些颗粒终止于何处。

达尔曼说：“它允许我们做的是一次在一只动物体内测试许多不同的纳米颗粒。”

追踪粒子

研究人员首先测试了先前被证明可靶向肺和肝脏的颗粒，并确认它们确实达到了预期的目标。

然后，研究人员筛选了30个不同的脂质纳米颗粒，它们具有一个关键特性-一种称为聚乙二醇（PEG）的成分的结构，聚乙二醇通常被添加到药物中以增加其在血液中的寿命。脂质纳米颗粒的大小和化学组成的其他方面也可以变化。

每个颗粒还用30个DNA条形码之一标记。通过对最终出现在身体不同部位的条形码进行测序，研究人员不仅能够识别针对肝脏，肺，肝脏，心脏，大脑，子宫，肌肉，肾脏和胰腺的微粒。在未来的研究中，他们计划研究是什么使不同组织上的不同颗粒归零。

研究人员还对靶向肝脏的一种颗粒进行了进一步的测试，发现它可以成功地提供可关闭该基因的凝血因子的siRNA。

Skoltech功能基因组学中心主任Victor Koteliansky将这项技术描述为一种“创新”方法，可加快鉴定有希望的纳米颗粒以递送RNA和DNA的过程。

“找到一个好的颗粒是非常罕见的事情，因此您需要筛选很多颗粒。这种方法更快，可以使您更深入地了解粒子在体内的位置。”未参与这项研究的Kotelianksy说。

这种类型的屏幕还可以用于测试其他种类的纳米粒子，例如由聚合物制成的纳米粒子。达尔曼说：“我们真的希望全国各地以及世界各地的其他实验室都可以尝试我们的系统，看看它是否对他们有用。”

该研究由麻省理工学院的总统奖学金，国防科学与工程研究生奖学金，国家科学基金会的研究生研究奖学金，麻省理工学院的本科生研究机会计划，科赫研究所前沿研究计划（通过凯西和库特大理石癌症研究基金）资助。和国立卫生研究院。

出版物：James E. Dahlman等人，“用于高通量体内靶向治疗药物发现的条形码纳米颗粒”，PNAS，2017年； DOI：10.1073 / pnas.1620874114