人類進(jìn)化出強(qiáng)大的防御屏障以保護(hù)自身免受外來物質(zhì)的侵害，從皮膚到細(xì)胞，再到細(xì)胞內(nèi)的每個(gè)組件，人類身體的每個(gè)部分都有保護(hù)層。人體防御系統(tǒng)的重要性不言而喻，但它也對需要跨越人體防線、到達(dá)特定位置發(fā)揮療效的藥物帶來了巨大挑戰(zhàn)。

(資料圖)

盡管人體防御屏障在藥物科學(xué)與藥物設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，但學(xué)術(shù)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(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會納米》（ACS Nano）期刊的一項(xiàng)研究中，來自西交利物浦大學(xué)、南京大學(xué)、以及美國西華盛頓大學(xué)與埃默里大學(xué)的研究人員探究了向細(xì)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(xué)院阮剛博士表示：“為了提升治療效果，改進(jìn)藥物遞送方式，我們需要對細(xì)胞組件與納米顆粒的相互作用進(jìn)行定量分析。‘好比你要造一架飛機(jī)，在動手前，你需要先分析飛機(jī)每個(gè)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(dá)細(xì)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(zhì)中，從而形成脂質(zhì)納米顆粒，保護(hù)信使RNA不被降解，并幫助其穿過人體層層防御系統(tǒng)，到達(dá)細(xì)胞中的標(biāo)靶。

在該研究中，研究人員利用尖端顯微鏡技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤了常用于藥物的納米顆粒到干細(xì)胞內(nèi)部的遞送過程。

阮剛博士說：“我們把粒子向細(xì)胞內(nèi)遞送的過程分解成了幾個(gè)步驟，我們將每一步進(jìn)行可視化，并展示了細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制。”

結(jié)果表明，在干細(xì)胞中，納米顆粒被“困”在氣泡狀囊泡中，無法到達(dá)細(xì)胞內(nèi)的標(biāo)靶。

納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞時(shí)會被細(xì)胞膜吞噬，形成氣泡狀囊泡。在許多類型的細(xì)胞中，納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞后從囊泡中逃逸的過程相對不那么困難。然而，干細(xì)胞、免疫細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等有特別難突破的防御屏障，粒子遞送至這些細(xì)胞中就很困難

如本研究所關(guān)注的干細(xì)胞，納米顆粒似乎被困在囊泡內(nèi)無法逃脫。

納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞時(shí)會被細(xì)胞膜吞噬，形成囊泡。這一現(xiàn)象稱作內(nèi)吞。

助力未來療法設(shè)計(jì)

盡管納米顆粒向干細(xì)胞的遞送過程復(fù)雜且包含多種機(jī)制，但是通過可視化各個(gè)遞送步驟及化學(xué)抑制劑分析，團(tuán)隊(duì)確定了阻止納米顆粒向細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)遞送的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

“通過確定納米顆粒向細(xì)胞遞送的瓶頸，我們的研究將為更有針對性的創(chuàng)新療法奠定基礎(chǔ)。通過定制的藥物運(yùn)輸方式，以滿足不同患者的需求。”阮剛博士說。

在此基礎(chǔ)上，研究人員將其觀察與分析的結(jié)果總結(jié)成了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，該模型可預(yù)測納米顆粒經(jīng)過每個(gè)傳遞步驟到達(dá)細(xì)胞內(nèi)各個(gè)部位的速度與效率，從而協(xié)助未來療法的設(shè)計(jì)。

據(jù)介紹，該模型可用于預(yù)測特定時(shí)間、細(xì)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(yù)測mRNA新冠核酸疫苗中的脂質(zhì)納米顆粒將信使RNA遞送至細(xì)胞內(nèi)的效果。

該研究項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員表示，將遞送路徑實(shí)時(shí)可視化，結(jié)合生物機(jī)制研究，有助于了解如何控制這些路徑，這可能會為治療學(xué)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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關(guān)鍵詞： 研究人員 關(guān)鍵環(huán)節(jié) 核酸疫苗