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科学家们创造了针对脑癌种子细胞的纳米级遗传密码包

2019-03-20 13:01:55来源:

在一项“概念验证”研究中,约翰斯·霍普金斯医学院的科学家表示,他们已经成功地提供了纳米级的遗传密码包,称为microRNA,用于治疗植入小鼠的人脑肿瘤。超小容器的内容被设计成针对癌症干细胞,这是一种产生无数后代的细胞“种子”,是消除大脑恶性细胞的无情障碍。

“脑癌是基因构成方面最广为人知的癌症之一,但我们尚未开发出良好的治疗方法,”神经病学,肿瘤学和神经科学教授John Laterra博士说。约翰霍普金斯大学医学院和肯尼迪克里格研究所的研究科学家。“癌症干细胞和血脑屏障的弹性是主要障碍。”

进入大脑的血液通过一系列作为保护屏障的血管过滤。但是,这种血脑屏障通过靶向癌症干细胞来阻断有可能彻底改变脑癌治疗的分子药物,Laterra说。

“为了使脑肿瘤治疗现代化,我们需要绕过血脑屏障的工具和方法,”生物医学工程,眼科,肿瘤学,神经外科,材料科学与工程以及化学和生物分子工程教授Jordan Green博士说。在约翰霍普金斯大学医学院。“我们需要技术来安全有效地将敏感的基因药物直接输送到肿瘤而不会破坏正常组织。”

格林说,一个典型的例子就是胶质母细胞瘤,这是亚利桑那州参议员约翰麦凯恩正在与之抗争的脑癌形式,通常需要反复手术。莱特拉说,医生可以清除他们可以看到的脑肿瘤组织,但恶性肿瘤通常会迅速恢复。大多数胶质母细胞瘤患者在确诊后不到两年。

科学家长期以来一直怀疑癌症干细胞是导致胶质母细胞瘤和其他癌症复发和传播的根源。这些干细胞会产生其他癌细胞,如果它们躲避外科医生的刀,就会导致一种全新的肿瘤。

Laterra和Green是Johns Hopkins Kimmel癌症中心的成员,他们设计了一种方法,可以有效地将超微小的microRNA包装到已建立的脑肿瘤中。microRNA靶向脑癌干细胞,以阻止其传播和维持肿瘤生长的能力。

包由可生物降解的塑料制成,类似于用于手术缝合的材料并且随着时间的推移而降解。它们比人类头发的宽度小1000倍,并且通常是细胞用来交流的天然成分的大小和形状。当癌细胞吞噬数据包时,它们会分裂并释放其microRNA“有效负载”,特别是microRNA需要在癌细胞内起作用的地方。

纳米包装中包含特异性结合与两个基因连接的信使RNA的微小RNA:HMGA1和DNMT,它们共同起作用以调节细胞中的基因表达程序。

当microRNA与这些信使RNA结合时,它们会阻断它们的蛋白质制造能力,并关闭驱动癌细胞干细胞特征的程序。没有它们的茎状特性,癌细胞分化更多,它们失去了传播肿瘤的能力,并且它们可能更容易受到辐射和药物的影响。

在他们的实验中,约翰霍普金斯大学的科学家将人类胶质母细胞瘤细胞植入18只小鼠体内。为了模拟治疗现有肿瘤的临床挑战,科学家们等待45天才对动物进行治疗,以确保它们具有良好的肿瘤形态。一半的动物接受含有活性microRNA的纳米包装直接注入其脑肿瘤,另一半接受含有无活性microRNA的纳米包装。为了分离纳米粒子的影响,科学家们使用了没有免疫系统T细胞的小鼠,这些小鼠靶向癌细胞。

接受无活性microRNA(对照)的9只小鼠中有5只在两个月内死亡,其余对照小鼠在90天内死亡。接受活性microRNA的9只小鼠中有3只持续长达80天,其中6只活到133天。对这六种人进行人道安乐死,检查分离的小鼠脑是否存在肿瘤。

所有对照小鼠在死亡时脑中都有大肿瘤。接受活性microRNAs并且活到133天的四只小鼠没有肿瘤,两只小的小鼠。

格林说,许多基因药物都是针对一个基因而设计的。约翰霍普金斯团队在本研究中使用的纳米粒子类型可以封装多种类型的microRNA以靶向多个基因网络。

Laterra说,当脑癌干细胞内化纳米颗粒并转变为非干细胞状态时,临床医生可以利用这种情况,并提供辐射或其他药物来杀死现在脆弱的细胞。

格林说,其他地方的科学团队正在使用基于脂质的材料开发microRNA包,并且一些标准化学疗法在称为脂质体的脂肪纳米颗粒中提供。

Green和Laterra说,他们研究中的纳米粒子能够渗透整个肿瘤,因为啮齿动物的大脑很小。人脑较大,可能需要泵和导管才能在整个大脑中漏出纳米颗粒。

约翰霍普金斯大学的团队正在努力扩大其纳米粒子的开发,并在申请许可开始对人进行临床试验之前标准化其稳定性和质量。