约翰·霍普金斯大学医学院 人胚胎肾细胞共聚焦显微图像
填充有人免疫球蛋白的纳米颗粒被输送到细胞中
细胞核是蓝色的，内体(隔离细胞吸收的物质)用粉红色标记，免疫球蛋白用绿色荧光标签标记
纳米粒子的货物已经扩散到大部分细胞(绿色)，而没有被包裹在内体中
学分:约翰·霍普金斯医学院，袁瑞 约翰·霍普金斯医学院的科学家们报告说，他们已经创造了一个微小的纳米大小的容器，可以滑入细胞内，输送任何大小的基于蛋白质的药物和基因疗法——甚至是连接到名为CRISPR的基因编辑工具上的大容器
如果他们的发明——由可生物降解的聚合物制成——通过更多的实验室测试，它可以提供一种方法，有效地将较大的药物化合物运送到特定的目标细胞中
一份关于他们工作的报告发表在12月号
6期《科学进展》
“大多数药物以不加区别的方式在全身扩散，并且不针对特定的细胞，”生物医学工程师乔丹·格林博士说
D
，研究小组组长
“一些药物，如抗体，会锁定细胞表面受体上的目标，但我们没有良好的系统将生物药物直接输送到细胞内部，而细胞内部是治疗发挥正常作用和副作用最少的地方
" 约翰·霍普金斯大学医学院生物医学工程、眼科、肿瘤学、神经外科、材料科学与工程、化学与生物分子工程教授、约翰·霍普金斯大学布隆伯格·金梅尔癌症免疫治疗研究所成员格林说，许多学术和商业科学家长期以来一直在寻找更好的治疗转运系统
一些商业上可获得的技术使用剥离形式的病毒——以其直接“感染”细胞的能力而闻名——来提供治疗，尽管这些传递系统的非感染版本可以释放不想要的免疫系统反应
例如，针对患病血细胞的其他疗法更加麻烦，需要取出患者的血液，然后用电流电击，打开细胞膜上的孔以进入
格林和他的团队在约翰·霍普金斯大学开发的纳米容器借鉴了病毒的特性，许多病毒几乎都是球形的，带有负电荷和正电荷
由于总体电荷更加中性，病毒可以接近细胞
许多生物药物并非如此，它们由高电荷、大蛋白质和核酸组成，往往会排斥细胞
为了克服这个问题，研究生袁瑞开发了一种新的可生物降解的聚合物材料
聚合物是由许多分子组成的物质的总称
为了制造这种聚合物，芮把四种成分分子串在一起——就像树枝一样——随着时间的推移，它们会分解并溶解在水中
分子包含正电荷和负电荷
在正负电荷平衡的情况下，分子根据它们的电荷推拉，它们的氢原子与附近的生物疗法结合
结果是一个包含生物疗法的纳米结构
纳米容器的正电荷与细胞膜相互作用，容器被一种叫做内体的细胞包裹所吞噬
一旦进入体内，纳米大小的容器就会打开内体，聚合物就会降解，让药物在细胞内发挥作用
为了测试他们的发明，芮制作了一个小蛋白质的纳米容器，并把它喂给培养皿中的老鼠肾细胞
她在这种小蛋白质上贴了一个绿色荧光标签，看到大部分细胞都溅满了亮绿色，表明这种蛋白质被成功输送了
随后，芮包装了一种更大的蛋白质:人免疫球蛋白，这是一种典型的用于增强免疫系统的疗法，也是一种抗体疗法的模型
这一次，她发现她治疗的90%的肾细胞都被免疫球蛋白上的绿色荧光标签点亮了
芮说:“当纳米颗粒进入细胞时，它们通常会被隔离在内体中，从而降解其内含物，但我们的实验表明，蛋白质包均匀地分布在大多数细胞中，不会卡在内体中。”
为了应对更大的挑战，芮制作了一个含有基于CRISPR的蛋白质和核酸复合物的纳米包装，当CRISPR化合物切割细胞基因组的一部分时，它可以关闭绿色荧光信号或使细胞发出红光
研究人员发现，在实验室生长的细胞中，多达77%的细胞进行了基因编辑，使基因失效，大约4%的细胞进行了基因添加或修复
芮说:“考虑到使用其他基因编辑系统，你可能在不到10%的时间内得到正确的基因切割结果，这是相当有效的。”
基于CRISPR的疗法有可能使药物更加精确，因为它们能够精确定位导致疾病的基因缺陷
一些CRISPR疗法正在临床试验中进行测试
在最后一个实验中，芮和她的同事将脑癌细胞植入老鼠的大脑
她将含有基因编辑成分的纳米容器直接注射到老鼠大脑中，并分析它们的细胞发出的红光，表明基因编辑成功
她在距注射处几毫米处发现了发红光的脑癌细胞
芮说:“当我五年前第一次开始这个项目时，科学家们并不认为可以用病毒以外的东西将这些疗法传递到细胞中。”
“开发新技术可以帮助我们更多地了解疾病，也可以帮助我们更多地了解制造新药
" 芮和格林正试图使纳米容器更加稳定，这样它们就可以被注射到血液中，并以具有特定基因特征的细胞为目标
科学家们正在申请与这项工作相关的专利
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