您的位置:首页 >科技 >

比较显示DNA条形码在选择纳米颗粒中的价值

2019-03-27 16:01:09来源:

用于鉴定可用于将治疗性分子转运到细胞中的纳米颗粒的体外和体内筛选技术的第一次直接比较表明,在实验室培养皿中进行测试对于预测哪些纳米颗粒将成功进入活体动物细胞没有太大帮助。

这项新研究证明了体内DNA条形码技术的优势,该技术将小片段的DNA附着到不同的脂质纳米粒子上,然后注入活体动物体内; 可以在单个动物中测试超过一百个纳米颗粒。然后使用DNA测序技术鉴定哪些纳米颗粒进入特定器官的细胞,使得用于运输基因疗法的候选颗粒用于治疗诸如心脏病,癌症和帕金森病的杀手。

用于鉴定有希望的纳米颗粒的传统技术检查颗粒如何进入保持在实验室培养皿中的活细胞。为了比较新旧筛选技术,研究人员将条形码纳米颗粒添加到实验室培养皿中的活细胞中,并将相同的条形码纳米颗粒注入活体动物模型中。他们发现在实验室培养皿测试中确定为有希望的纳米颗粒与在小鼠中实际表现良好的纳米颗粒之间几乎没有相关性。

佐治亚理工大学和埃默里大学Wallace H. Coulter生物医学工程系的助理教授,该研究的首席研究员James Dahlman说:“DNA条形码编码有可能推动选择纳米颗粒用于提供基因治疗的科学。” “使用这种技术,公司和学术实验室可以更有效地挑选出有前景的纳米粒子。这可以加快基于纳米粒子的疗法进入临床的速度,同时减少所需的动物测试量。”

遗传疗法,例如由DNA或RNA制成的遗传疗法,由于难以将核酸递送至正确的细胞而面临挑战。在过去的二十年中,科学家们一直在开发由多种材料制成的纳米粒子,并添加胆固醇等化合物,以帮助将这些治疗剂带入细胞。但纳米粒子载体的发展因测试它们的挑战而放缓,首先是在细胞培养中鉴定有前途的纳米粒子,后来在动物中。通过数百万种可能的组合,确定针对每个器官的最佳纳米粒子已经势不可挡。

使用仅长达58个核苷酸的DNA链来唯一地识别每个颗粒,研究人员可以完全跳过细胞培养筛选 - 并在少数动物中同时测试一百种或更多种不同类型的纳米颗粒。

“如果你想以传统的方式测试200颗纳米粒子,你需要600只老鼠 - 每种类型的纳米粒子需要3只,”Dahlman说。“使用DNA条形码技术,我们称之为纳米粒子联合快速DNA分析(JORDAN),我们能够在三只动物身上进行测试。”

该研究检查了纳米颗粒进入体外研究的内皮细胞和巨噬细胞,以及来自肺,心脏和骨髓的相同类型的细胞用于体内组分。这两种细胞类型对于体内广泛的器官系统很重要,并且可以作为核酸治疗靶标的疾病发挥积极作用。该研究比较了相同的281种脂质纳米粒子如何在实验室培养皿和活体动物中提供条形码。

“实验室测试和动物测试之间没有预测能力,”达尔曼说。“如果体外试验是良好的预测因子,那么在培养皿中表现良好的颗粒在动物体内也会表现良好,而且在培养皿中表现不佳的颗粒也会在动物体内表现不佳。我们没有看到一点都不。“

由共同第一作者Kalina Paunovska和Cory D. Sago领导的研究小组也研究了纳米颗粒的输送如何随特定组织类型的微环境而变化。为此,他们量化了85个纳米粒子如何将DNA条形码传递给脾脏中的8个细胞群,并发现源自骨髓祖细胞的细胞类型倾向于被类似的纳米粒子靶向。

研究人员不仅对哪种纳米粒子最有效地提供治疗方法感兴趣,而且还能够选择性地将它们输送到特定器官。例如,靶向肿瘤的治疗剂应该仅递送至肿瘤而不是周围组织。心脏病的治疗剂同样应该选择性地积聚在心脏中。

在该技术中使用的单链DNA条形码序列与开发用于可能的治疗用途的反义寡核苷酸,微小RNA和siRNA大小相同。其他基于基因的治疗方法较大,需要进一步研究以确定该技术是否可以与它们一起使用。

一旦通过筛选鉴定出有希望的纳米颗粒,就将对它们进行额外的测试以验证它们递送治疗剂的能力。为了避免纳米粒子合并的可能性,只有在水性环境中稳定的结构才能用这种技术进行测试。只能筛选无毒纳米颗粒,研究人员必须控制插入DNA产生的潜在炎症。

“核酸疗法对治疗一系列严重疾病具有相当大的希望,”达尔曼说。“我们希望这种技术将在该领域得到广泛应用,并最终使这些药物如何影响细胞更清晰 - 以及我们如何将它们带到体内的正确位置。”