人類進化出強大的防御屏障以保護自身免受外來物質的侵害，從皮膚到細胞，再到細胞內的每個組件，人類身體的每個部分都有保護層。人體防御系統的重要性不言而喻，但它也對需要跨越人體防線、到達特定位置發揮療效的藥物帶來了巨大挑戰。
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盡管人體防御屏障在藥物科學與藥物設計中至關重要，但學術界對防御屏障本身及藥物如何跨越這些屏障的研究還存在很大空白。
近日發表于《美國化學學會納米》（ACS Nano）期刊的一項研究中，來自西交利物浦大學、南京大學、以及美國西華盛頓大學與埃默里大學的研究人員探究了向細胞輸送治療藥物的困難所在。
該研究的通訊作者、西浦慧湖藥學院阮剛博士表示：“為了提升治療效果，改進藥物遞送方式，我們需要對細胞組件與納米顆粒的相互作用進行定量分析。‘好比你要造一架飛機，在動手前，你需要先分析飛機每個部件的空氣動力原理’。”
“被困住”
藥物如何跨越人體防御屏障，到達細胞中的目的地呢？以mRNA新冠核酸疫苗為例，疫苗中的mRNA被包裹在脂類物質中，從而形成脂質納米顆粒，保護信使RNA不被降解，并幫助其穿過人體層層防御系統，到達細胞中的標靶。
在該研究中，研究人員利用尖端顯微鏡技術，實時跟蹤了常用于藥物的納米顆粒到干細胞內部的遞送過程。
阮剛博士說：“我們把粒子向細胞內遞送的過程分解成了幾個步驟，我們將每一步進行可視化，并展示了細胞的自我保護機制。”
結果表明，在干細胞中，納米顆粒被“困”在氣泡狀囊泡中，無法到達細胞內的標靶。
納米顆粒進入細胞時會被細胞膜吞噬，形成氣泡狀囊泡。在許多類型的細胞中，納米顆粒進入細胞后從囊泡中逃逸的過程相對不那么困難。然而，干細胞、免疫細胞、神經細胞等有特別難突破的防御屏障，粒子遞送至這些細胞中就很困難
如本研究所關注的干細胞，納米顆粒似乎被困在囊泡內無法逃脫。
納米顆粒進入細胞時會被細胞膜吞噬，形成囊泡。這一現象稱作內吞。
助力未來療法設計
盡管納米顆粒向干細胞的遞送過程復雜且包含多種機制，但是通過可視化各個遞送步驟及化學抑制劑分析，團隊確定了阻止納米顆粒向細胞內靶標遞送的關鍵環節。
“通過確定納米顆粒向細胞遞送的瓶頸，我們的研究將為更有針對性的創新療法奠定基礎。通過定制的藥物運輸方式，以滿足不同患者的需求。”阮剛博士說。
在此基礎上，研究人員將其觀察與分析的結果總結成了一個數學模型，該模型可預測納米顆粒經過每個傳遞步驟到達細胞內各個部位的速度與效率，從而協助未來療法的設計。
據介紹，該模型可用于預測特定時間、細胞特定位置的納米顆粒的濃度。該模型具有通用性，例如，可預測mRNA新冠核酸疫苗中的脂質納米顆粒將信使RNA遞送至細胞內的效果。
該研究項目團隊成員表示，將遞送路徑實時可視化，結合生物機制研究，有助于了解如何控制這些路徑，這可能會為治療學開辟一片新天地。（記者：Catherine Diamond 翻譯：王雪琪 中文編輯：張蔚、俞麗雯）
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