MIT工程人员开发出基因编辑mRNA纳米颗粒以对抗肺部疾病

MIT工程人员开发出基因编辑mRNA纳米颗粒以对抗肺部疾病研究人员正在努力将纳米粒子气溶胶化以便吸入，并计划在囊性纤维化和其他肺部疾病的小鼠模型中测试这些粒子。麻省理工学院和马萨诸塞大学医学院的工程师们设计了一种新型的纳米粒子，它可以被注射到肺部，在那里它可以传递编码有用蛋白质的信使RNA。研究人员说，随着进一步的发展，这些颗粒可以为囊性纤维化和其他肺部疾病提供一种可吸入的治疗。"这是第一次在小鼠身上证明了RNA的高效输送到肺部。"麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员丹尼尔-安德森说："我们希望它可以用来治疗或修复一系列遗传疾病，包括囊性纤维化。"在一项针对小鼠的研究中，安德森和他的同事使用颗粒来传递编码CRISPR/Cas9基因编辑所需机器的mRNA。这可能为设计能够剪除和替换致病基因的治疗性纳米粒子打开了大门。这项研究于2023年3月30日发表在《自然-生物技术》杂志上，其资深作者是安德森、麻省理工学院大卫-H-科赫研究所教授罗伯特-朗格和麻省理工学院RNA治疗研究所副教授薛文。前麻省理工学院博士后、现为多伦多大学助理教授的BowenLi；麻省理工学院博士后RajithSinghManan；以及UMass医学院的博士后Shun-QingLiang是论文的主要作者。瞄准肺部信使RNA在治疗由错误基因引起的各种疾病方面具有巨大潜力。迄今为止，其部署的一个障碍是难以将其输送到身体的正确部位，而没有脱靶效应。注射的纳米粒子经常在肝脏中积聚，因此评估潜在mRNA治疗肝脏疾病的几项临床试验目前正在进行中。基于RNA的COVID-19疫苗，直接注射到肌肉组织中也已被证明是有效的。在许多这样的情况下，mRNA被封装在脂质纳米粒子中--一种脂肪球，保护mRNA不被过早分解并帮助它进入目标细胞。几年前，安德森的实验室着手设计能够更好地转染构成肺部大部分内衬的上皮细胞的颗粒。2019年，他的实验室创造了能够将编码生物发光蛋白的mRNA传递给肺部细胞的纳米粒子。这些颗粒是由聚合物而不是脂质制成的，这使得它们更容易气溶胶化，以便吸入肺部。然而，在这些颗粒上还需要做更多的工作，以增加它们的效力并最大限度地发挥其作用。在他们的新研究中，研究人员着手开发可以针对肺部的脂质纳米颗粒。这些颗粒由包含两部分的分子组成：一个带正电的头组和一个长的脂质尾巴。头组的正电荷有助于颗粒与带负电荷的mRNA相互作用，它也有助于mRNA在进入细胞后从吞噬颗粒的细胞结构中逃脱。同时，脂质尾部结构有助于颗粒通过细胞膜。研究人员为脂质尾巴提出了10种不同的化学结构，同时还有72种不同的头组。通过在小鼠身上筛选这些结构的不同组合，研究人员能够确定那些最有可能到达肺部的结构。高效传递在对小鼠的进一步测试中，研究人员表明，他们可以使用这些颗粒来传递编码CRISPR/Cas9组件的mRNA，这些组件旨在将基因编码的停止信号切断到动物的肺部细胞。当该停止信号被移除时，一种荧光蛋白的基因就会开启。测量这种荧光信号使研究人员能够确定成功表达mRNA的细胞的百分比。研究人员发现，在一剂mRNA之后，大约40%的肺上皮细胞被转染了。两次剂量使该水平达到50%以上，三次剂量则达到60%。治疗肺部疾病的最重要目标是两种类型的上皮细胞，称为俱乐部细胞和纤毛细胞，其中每一种的转染率约为15%。"这意味着我们能够编辑的细胞确实是对肺部疾病感兴趣的细胞，"BowenLi说。"这种脂质能够使我们将mRNA输送到肺部，比迄今为止报道的任何其他输送系统都要有效得多"。新颗粒还能快速分解，使它们在几天内从肺部清除，并减少炎症的风险。如果需要重复用药，这些颗粒还可以多次投递给同一病人。这使它们比另一种传递mRNA的方法更具优势，后者使用无害的腺病毒的改良版。这些病毒在传递RNA方面非常有效，但不能重复给药，因为它们会在宿主体内诱发免疫反应。特拉维夫大学精确纳米医学实验室主任丹-佩尔（DanPeer）说："这项成就为各种肺部疾病的治疗性肺部基因传递应用铺平了道路，他没有参与这项研究。与传统的疫苗和疗法相比，这个平台拥有几个优势，包括它是无细胞的，能够快速制造，并且具有高度的通用性和良好的安全性。"为了在这项研究中提供颗粒，研究人员使用了一种叫做气管内灌注的方法，这种方法经常被用来作为向肺部提供药物的模型。他们现在正在努力使他们的纳米粒子更加稳定，因此它们可以被气溶胶化，并使用雾化器吸入。研究人员还计划测试这些颗粒，以便在该疾病的小鼠模型中传递mRNA，从而纠正在导致囊性纤维化的基因中发现的遗传变异。他们还希望开发其他肺部疾病的治疗方法，如特发性肺纤维化，以及可以直接传递到肺部的mRNA疫苗。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352441.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352441.htm

新的纳米颗粒设计可能会改善mRNA疫苗对癌症的治疗效果

新的纳米颗粒设计可能会改善mRNA疫苗对癌症的治疗效果疫苗通过让身体做好对抗细菌或病毒等病原体的准备，帮助预防感染。大多数传统疫苗含有减弱或死亡的细菌或病毒，以触发免疫反应。然而，mRNA疫苗（例如COVID-19疫苗）的工作原理是引入一段与病毒外部的蛋白质相对应的mRNA，从而产生抗体并标记病毒以进行破坏。一旦产生，抗体就会保留在体内，因此如果免疫系统再次暴露于病原体，它可以快速做出反应。现在，约翰·霍普金斯大学医学院的研究人员进行的一项新研究可能找到了一种改善mRNA疫苗递送以治疗传染性和非传染性疾病的方法。当使用mRNA疫苗治疗癌症等非传染性疾病时，面临的挑战是将材料传递给大量树突状细胞，树突状细胞是一种特殊类型的免疫细胞，可教导免疫系统（特别是T细胞）寻找并摧毁癌细胞。该研究的通讯作者乔丹·格林（JordanGreen）表示：“免疫系统的设计目的是通过放大反应来发挥作用，树突状细胞会教导其他免疫细胞在体内寻找什么。”制造更强效的疫苗需要携带mRNA的纳米颗粒到达、进入树突状细胞并在其中表达。表达后，mRNA会降解，由此产生的免疫反应持续时间更长。COVID-19mRNA疫苗包含由脂质（一种脂肪酸）制成的纳米颗粒，注射到肌肉中。但是，肌肉中的树突状细胞相对较少。将mRNA疫苗注射到血液中也会导致输送问题，因为疫苗往往会直接进入肝脏，并在那里被分解。因此，研究人员将目光投向了一个树突状细胞数量远远多于的器官：脾脏。格林说：“我们的目标是开发一种不会直接发送到肝脏的纳米颗粒，它可以有效地教导免疫系统细胞寻找并摧毁适当的目标。”在测试了多种材料后，研究人员决定将其mRNA包裹在基于聚合物的纳米颗粒中，其中亲水分子和疏水分子的比例恰到好处，使其能够进入目标细胞。这些聚合物含有对特定组织类型具有亲和力的分子，这里是脾脏。此外，纳米颗粒中添加了辅助剂或佐剂以激活树突状细胞。他们在小鼠身上测试了他们的新型纳米颗粒结构，发现它避开了肝脏，并被脾细胞吸收，其水平比mRNA本身高出约50倍。纳米颗粒到达的脾细胞中近80%是目标树突状细胞。在经过基因工程改造的小鼠中，当纳米颗粒传递其mRNA内容物时，免疫细胞会发出红光，研究人员发现，脾脏中5%至6%的树突状细胞成功吸收、打开并处理了纳米颗粒。这种现象在树突状细胞中比在其他免疫细胞中更容易观察到。然后纳米粒子生物降解成安全的副产品。证明新的纳米颗粒能够成功地靶向脾脏的树突状细胞之后，研究人员为其配备了免疫治疗药物，并再次在小鼠身上进行了测试。他们发现，一半的结直肠癌小鼠模型在接受两次注射后长期存活，而接受其他含有免疫治疗药物的纳米颗粒制剂或单独免疫治疗药物治疗后，只有10%至30%的存活率。当幸存的小鼠被给予额外的结直肠癌细胞时，它们都无需额外治疗即可存活，这向研究人员表明，它们的纳米颗粒提供了长期免疫反应，可防止癌症复发。他们还发现，治疗21天后，60%的细胞杀伤T细胞识别并攻击结直肠癌细胞。研究人员在患有黑色素瘤的小鼠模型中发现了类似的反应，其中大约一半的同类型T细胞准备好攻击黑色素瘤细胞。Green说：“纳米颗粒输送系统能够创建一支能够识别癌症相关抗原的T细胞大军。这种新的纳米颗粒输送系统可能会改善传染病疫苗的接种方式，并且也可能为治疗癌症开辟一条新途径。”该研究发表在《PNAS》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368037.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368037.htm

能穿透血脑屏障的纳米颗粒面世

能穿透血脑屏障的纳米颗粒面世据科技日报，美国迈阿密大学科学家研制出一种能穿透血脑屏障的纳米颗粒。临床前研究表明，装载了两种靶向线粒体药物的纳米颗粒，可以有效地缩小乳腺肿瘤和脑转移瘤的大小。相关论文发表在最新一期《美国国家科学院院刊》上。Platin-M是经典化疗药物顺铂的改良版。顺铂通过破坏快速生长的细胞内DNA来杀死癌细胞。但肿瘤细胞可以修复DNA，这会导致其对顺铂产生耐药性。鉴于此，团队对该药物进行了改造，将其靶点从构成染色体和基因组的核DNA转移到线粒体DNA，从而得到Platin-M。线粒体是细胞的能量来源，且没有更大基因组的DNA修复机制。而Mito-DCA则靶向被称为激酶的线粒体蛋白并抑制糖酵解（糖酵解是另一种能量产生方式）。

日本研发出新型“纳米球”涂料 可减少飞机二氧化碳排放

日本研发出新型“纳米球”涂料可减少飞机二氧化碳排放飞机的重量越大，所需的燃料就越多，从而直接增加了航空公司的支出（然后向客户收费），以及燃烧为二氧化碳排入大气的燃料量。而新型“纳米球”涂料质量更轻，可以达到环保的效果。研究团队构建出特定大小的纳米晶体，然后创建出通俗的悬浮液，将结晶硅纳米颗粒与悬浮液混合在一起，制作出新型“纳米球”涂料。据悉，纳米球基墨水的颜色随团队改变纳米晶体的大小而变化。较大的颗粒会产生温暖的色调，如红色，而较小的颗粒则会显示出较冷的色调，如蓝色。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420245.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420245.htm

运用纳米颗粒和mRNA可能成为遗传性失明的新疗法

运用纳米颗粒和mRNA可能成为遗传性失明的新疗法这项研究今天（2023年1月11日）发表在《科学进展》杂志上。该研究由俄勒冈大学制药科学副教授GauravSahay、俄勒冈州立大学博士生MarcoHerrera-Barrera和俄勒冈健康与科学大学眼科助理教授ReneeRyals领导。科学家们克服了使用脂质纳米颗粒(LNP)携带遗传物质进行视力治疗的主要限制--让它们到达眼睛的后面，即视网膜的位置。脂质是脂肪酸和类似的有机化合物，包括许多天然油和蜡，纳米粒子是尺寸从十亿分之一到十亿分之一米不等的小块材料，信使RNA向细胞传递制造特定蛋白质的指令。在冠状病毒疫苗中，LNP携带的mRNA指示细胞制造一种无害的病毒尖峰蛋白，从而引发身体的免疫反应。作为对遗传性视网膜变性（IRD）导致的视力障碍的治疗，mRNA将指示光感受器细胞，该病是因为基因突变导致制造视力所需的蛋白质出现问题。IRD包括一组严重程度和流行程度不同的疾病，全世界每几千人中就有一人受到影响。科学家们在涉及小鼠和非人灵长类动物的研究中表明，配备有肽的LNP能够穿过眼睛的障碍，到达神经视网膜，在那里光被转化为电信号，大脑将其转换为图像。Sahay说："我们确定了一套新的肽，可以到达眼睛的后面。我们用这些肽充当'邮编'，将携带遗传物质的纳米颗粒送到眼睛内的预定地址。"Herrera-Barrera补充说："我们发现的肽可以作为直接与沉默的RNA、小分子治疗剂相连接的靶向配体，或者作为成像探针。"Sahay和Ryals获得了国家眼科研究所的320万美元资助，继续研究脂质纳米颗粒在治疗遗传性失明方面的前景。他们将领导使用脂质纳米颗粒来提供一种基因编辑工具的研究，这种工具可以删除光感受器细胞中的坏基因，并用功能正确的基因取代它们。这项研究的目的是为目前基因编辑的主要传递方式的局限性开发解决方案：一种被称为腺相关病毒，或AAV的病毒类型。Sahay说："与LNP相比，AAV的包装能力有限，而且它能引起免疫系统反应。它也不能很好地继续表达编辑工具所使用的酶，作为分子剪刀在待编辑的DNA上进行切割。我们希望利用我们迄今为止对LNP的了解来开发一种改进的基因编辑传递系统。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338761.htm

可重复使用的纳米颗粒涂层海绵可简单快速去除水中的重金属

可重复使用的纳米颗粒涂层海绵可简单快速去除水中的重金属研究人员开始使用一种廉价的市售纤维素海绵，并将其置于掺有锰的戈壁石纳米颗粒的泥浆中。然后他们将其取出，让其干燥，并用水冲洗以冲掉散落的颗粒。其结果是一种具有高表面积纳米粒子涂层的海绵，其厚度只有几十纳米。选择锰掺杂的戈壁石颗粒不仅是因为它们能吸附铅离子，而且还因为它们价格低廉，对人体无毒。当这种海绵浸泡在含铅量超过百万分之一的自来水中时，它会将铅离子封存起来，使其在水中不再被检测到，这使得水可以安全饮用。更重要的是，随后还可以通过在弱酸性水中漂洗海绵，将铅从海绵中去除。可以想象，这些回收的铅可以用于电池等产品，而冲洗过的海绵可以重新用于处理更多的受污染的水，后来的循环中它可能不太有效，尽管它仍然能够从样品中去除90%以上的铅离子。使用不同类型的纳米粒子，科学家们也能够从水中去除钴科学家们现在开发了一个被称为重金属纳米材料海绵涂层（Nano-SCHeMe）的平台，以指导其他团队选择不同类型的纳米颗粒来螯合不同类型的重金属。"供水中存在的重金属对整个全球来说是一个巨大的公共卫生挑战，"该研究的一篇论文的高级作者VinayakDravid教授说。"这是一个巨大的问题，需要能够轻松、有效和廉价地部署的解决方案。这就是我们的海绵出现的地方。它可以清除污染，然后被反复使用"。这篇论文最近发表在ACSES&TWater杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359215.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359215.htm