根特大學(Ghent University)的Kevin Braeckmans教授在過去的10年里專注于用光熱納米纖維安全工程治療細胞的方法。我們從《Nature Nanotechnology》上可以了解這些生物相容的光熱納米纖維是如何開發的，以及在激光照射下，與這些納米纖維親密接觸的細胞是如何被“穿透”的，并可以用各種效應分子轉染，包括CRISPR/Cas9核糖核蛋白復合物和siRNA。
為細胞療法奠定新基
細胞療法（Cell-based therapies）是一種較新的治療形式，通過向患者體內注射轉基因細胞來預防或治療疾病。一個眾所周知的例子是癌癥患者自身的免疫細胞，這些細胞可以在實驗室環境中分離、遺傳修飾和擴增，然后再次注入患者體內以攻擊腫瘤細胞。
示意圖 來源: DOI: 10.1038/s41565-021-00976-3
細胞的遺傳修飾依賴于細胞內遞送技術，這種技術通常效率不高，同時對細胞的健康和功能影響最小。在這方面，納米粒子敏化光穿孔技術優勢明顯、應用前景，因為這種技術通常具備高效率、高通量和低毒性。該技術基于金納米粒子(gold nanoparticles，G-NPs)等光響應納米粒子的使用，比如金納米粒子可以在脈沖激光照射下形成爆炸性納米氣泡，這些微小的爆炸可以在細胞膜上誘導小孔，讓細胞介質中補充的外部效應分子進入細胞。
然而，納米粒子敏化光技術向臨床應用的轉化受到細胞與(不可降解的)納米粒子接觸這一事實的阻礙，引起了毒理學和醫療監管相關方面的擔憂。因此，需要一種新的方法來保持納米粒子敏化光穿孔的優點，同時避免納米粒子和細胞的直接接觸。
Braeckmans教授和他的團隊將光熱氧化鐵納米粒子(iron-oxide nanoparticles,IONPs)嵌入到通過靜電紡絲生產的生物相容性聚合物納米纖維中。聚己內酯(Polycaprolacton,PCL)是一種生物相容性聚合物，廣泛應用于生物醫學領域，而離子聚合物具有成本效益，并且具有寬的光吸收光譜。
他們表明，在納秒激光脈沖照射下，貼壁細胞和懸浮細胞都可以安全有效地轉染一系列大分子。通過電感耦合等離子體-串聯質譜(ICP-MS/MS)進行元素分析，他們證實了離子聚合物在激光照射后仍然安全地嵌入納米纖維中，因此處理過的細胞有效地避免了直接暴露于納米顆粒。為了更好地理解激光脈沖注量、離子液體分布和聚集狀態如何影響細胞膜通透性，對從纖維嵌入的離子液體到附近細胞的熱傳遞進行了數值模擬。
該團隊通過實驗證明，利用光熱納米纖維進行光穿孔可以成功地將包括siRNA或CRISP-Cas9核糖核蛋白(RNPs)在內的功能性生物分子遞送至貼壁細胞和懸浮細胞，包括人胚胎干細胞(hESC)和原代人T細胞。用最先進的電穿孔進行了比較。盡管電穿孔細胞的表型和功能發生了變化，但光穿孔細胞卻仍保持其增殖能力，而CAR-T細胞則還能殺死腫瘤細胞。
PEN光穿孔能有效地將大分子細胞內遞送至胚胎干細胞
最后，用PEN光穿孔將siRNA（靶向受體PD1——一種眾所周知的免疫檢查點抑制劑）轉染CAR-T細胞。證實siPD1處理的細胞在體內具有增強的腫瘤殺傷能力。
總之，它表明光熱納米纖維的光作用能夠在多種細胞類型中高效、安全地在細胞內遞送廣泛的效應分子，而不接觸潛在的有毒光熱納米顆粒。Braeckmans教授說：“我們認為，這是朝著利用光穿孔安全有效地生產基因修飾細胞療法邁出的重要一步。”
來源：Ranhua Xiong et al, Photothermal nanofibres enable safe engineering of therapeutic cells, Nature Nanotechnology (2021).
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
