南洋理工大学
图形摘要
学分:自然化学(2022)
多伊:10
1038/s41557-021-00854-4 来自新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的科学家们开发了一种使用生物大分子将药物输送到人体细胞的新方法，首先将它们包裹在基于蛋白质的微滴中
这一发现有望更快、更安全、更有效，更适用于基因治疗、癌症治疗和疫苗输送，包括基于mRNA的疫苗，如辉瑞和Moderna目前用于新冠肺炎疫苗接种的疫苗
这些微滴由名为肽的小蛋白质组成，可以包裹携带药物的大生物大分子
在这样做的时候，它们允许这些生物分子进入细胞，这是分子自身无法做到的
生物大分子是大的生物分子，例如核酸(DNA、mRNA)、蛋白质和碳水化合物
它们作为药物载体具有很大的研究兴趣，因为它们可以携带大量药物，无毒，能够靶向特定位点，并且不会引发身体的免疫反应
这使得它们优于目前市场上使用的合成载体
然而，它们的大尺寸和不能穿过细胞膜阻碍了它们在临床上的广泛应用
现在，由材料科学与工程学院和生物科学学院的Ali Miserez教授领导的NTU研究小组在实验室实验中表明，他们首先将携带药物的生物大分子包裹在基于蛋白质的微滴中的方法使它们能够可靠而有效地进入细胞，克服了进入细胞的主要挑战
“生物大分子在治疗各种疾病方面有很好的治疗前景，因为它们具有很高的效力、特异性，并且非常安全，”米塞雷斯教授说
尽管潜力巨大，但生物大分子有一个主要的缺点:它们不能透过细胞膜，因此自身不能穿透细胞
他们需要帮助，这就是我们的平台出现的地方
" 这项发现发表在二月份的科学杂志《自然化学》上
该研究小组已经根据他们发表的研究申请了两项专利，并正在通过该大学的创新和企业公司NTU·伊蒂文将其药物输送平台方法商业化
该团队的新型给药系统的开发与NTU在其最近宣布的2025年战略计划中的创新承诺相一致，该计划旨在将研究转化为提高生活质量的产品和成果
新的输送系统绕过细胞膜 研究人员合成了一种来自鱿鱼喙的肽，以形成微滴，因为它是生物来源，高效储存分子，毒性低
然后，他们能够通过一种叫做液-液相分离(LLPS)的过程将生物大分子截留在其中
这个LLPS过程，类似于油和水可以混合在一起，但很容易分离成两种不同的液体，形成了所谓的凝聚层
该凝聚层能够融合到细胞膜中，尽管目前尚不清楚其确切原因
“据推测，通过液-液相分离过程获得的凝聚层的液体样性质对它们穿过细胞膜的能力至关重要，尽管精确的进入机制仍不清楚，目前正在研究中，”该论文的第一作者NTU·Ph
D
学生孙悦
至关重要的是，这一发现使生物大分子避免了内吞作用——细胞通过用保护膜包围它来允许外来物质进入的过程
传统的药物递送方法不能穿过细胞膜，除非首先被细胞捕获并包裹在细胞膜的“泡”或内体中
因此，这些类型的药物包装还必须编码有“逃逸”内体的进一步指令，以便它们在细胞内有效地释放药物
该团队的凝聚层能够顺利穿过细胞膜，而不会引发胞吞作用
一旦进入细胞，载体液滴分解并释放生物大分子，完成治疗各种疾病的任务，包括癌症和代谢疾病
“你可以把这些液滴想象成分子‘特洛伊木马’:它们欺骗细胞让它们进入，一旦进入，它们就释放生物大分子‘士兵’,瞄准疾病，”教授说
米萨雷兹
绕过胞吞作用是至关重要的，因为它会降低药物疗效
教授说，由于NTU团队开发的肽微滴可以绕过这一过程，不受阻碍地进入细胞，它们的药物货物可以充分发挥作用
米萨雷兹
一种用于多种药物的输送系统 在实验室实验中，该团队能够通过这种方法成功地传递荧光蛋白(通常用于证明药物载体的效率)以及蛋白药物saporin
这些蛋白质本身无法进入细胞
蛋白质基药物不仅能成功进入和释放到细胞内，而且保持了其生物活性和功效
该团队发现，细胞进入过程的成功率为99%,相比之下，目前市售的合成载体的成功率为50 %- 70%
研究小组证明，从小肽到酶到mRNAs，各种生物大分子都可以装载到他们的微滴中
这使得其作为通用药物递送系统是可行的
必须为不同类型的药物分别建立所有现有的输送系统
“使用我们的肽滴作为药物输送系统，不需要制造药物载体，这些载体必须逃离内体才能输送货物，”教授说
米萨雷兹
此外，这种药物载体的缺点是它们还必须适合于正在使用或输送的特定药物
这种制造方法可能复杂、耗时，并且通常包含降低药物货物的生物活性和效率的有机溶剂
" “然而，我们的肽液滴可以作为一个通用的输送系统，不需要单独调整
一个适用于从大到小各种大小的蛋白质的输送系统，可以携带带正电和带负电的蛋白质，非常有吸引力
米萨雷兹
这一发现可以带来更便宜、更安全、更有效的靶向给药系统
药物输送的潜在未来 研究人员还能够用这种方法将mRNA分子输送到细胞中
这开启了在基因治疗中使用mRNA的潜力，基因治疗是对严重疾病如癌症、遗传疾病或传染病的可能治疗
“药物输送和随后释放的多功能性允许这些凝聚层输送单一或组合的大分子药物，使这种输送平台非常有希望用于治疗各种疾病，如癌症、代谢和感染性疾病，”教授说
米萨雷兹
在独立评论这项研究时，Dr
人工智能药物开发公司Biotech Talo Labs的首席科学官Mahmood Ahmed说:“NTU科学家报告的令人兴奋的发现提供了一条途径，可以解决在向作用部位提供一系列治疗模式方面的一些关键差距
这里报道的数据证明了这些生物相容性凝聚层穿过细胞膜并递送不同组的大分子实体的潜力，具有调节和控制有效载荷释放的能力
这一发现的持续发展将进一步加强这些独特凝聚层的转化效用，并建立一个转化传递技术平台
" 该团队已经申请了两项与这项研究相关的专利
第一项专利是该团队将肽制备成微滴的方法，用于作为药物载体
另一项专利是允许微滴进入细胞，然后在细胞内分解释放包装的药物
虽然现实世界的应用至少还需要五年时间，但科学家们表示，他们的研究已经引起了制药和药物开发公司的初步兴趣
该团队希望通过今年开始的动物研究来推进他们的研究
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