PNAS:紅細胞可作為全身給藥載體
日期:2014-07-02 09:26:32
當紅細胞穿越血管時,它們將氧氣傳遞到你身體幾乎每一個角落和空隙。但是氧氣并不是它們能攜帶的唯一東西。目前,麻省理工學院一個研究小組通過設計紅血細胞,使其表面具有“粘性”蛋白質,賦予這些細胞攜帶任何東西的能力,從治療免疫系統(tǒng)疾病或癌癥的藥物,到用于血管成像的放射性分子。相關研究結果發(fā)表在6月30日的《PNAS》雜志。
賓夕法尼亞大學的生物化學家Vladimir Muzykantov沒有參與這項新工作,他表示:“這真是一個偉大的想法,也是一種非常新穎的方法。”
紅細胞占人體所有細胞的1/4,能存活平均4個月的時間。麻省理工學院的免疫學家Hidde Ploegh指出,紅細胞的普遍性和長壽命,使得它們成為一種理想的載體,可攜帶藥物進行全身治療。此前,研究人員通過使分子穿過細胞膜進入其內(nèi)部,將藥物加載到紅細胞中,但是這個過程會削弱細胞,只有當細胞到達其最終目的地時,分子才能釋放。
Ploegh及其同事希望將分子附加到紅細胞的外部。由于紅血細胞沒有細胞核,因此缺乏制造新蛋白的遺傳物質,研究人員轉向有核紅血球——仍含有DNA的紅細胞前體細胞,實際上是未成熟的紅細胞。科學家們將已知編碼紅細胞表面蛋白的基因修改版本,添加到有核紅細胞中。引入的基因序列有過修改,因此有核紅細胞會產(chǎn)生具有額外標記的表面蛋白質,可被稱為分揀酶(sortase)的蛋白質所識別。
當有核紅細胞成熟為紅血細胞時,這些工程蛋白質仍然存留。當研究人員將分揀酶添加到成熟的細胞混合物中時,這個蛋白會剪掉每個工程蛋白質的末端,留下“粘性”拖車鉤栓用于攜帶藥物。然后,具有相應分揀酶標簽的任何分子,可與紅細胞的表面蛋白質結合。為了顯示這個鉤栓如何起作用,Ploegh的研究小組把維生素生物素附加到紅細胞上,然后將其注入小鼠體內(nèi)。攜帶生物素的細胞在血液循環(huán)中存活了至少28天。
Ploegh設想,未來可用這種技術創(chuàng)建一種新型個性化療法——分離你自己的細胞,用來產(chǎn)生分化為有核紅細胞的干細胞,經(jīng)遺傳改造攜帶一個分子,然后注入到你的體內(nèi)。需要在循環(huán)系統(tǒng)中傳播的任何分子都可以是貨物。等到有核紅細胞成熟為紅細胞的時候,它們將失去自己的DNA,從而消除了遺傳物質持續(xù)突變或擴散的風險。Ploegh指出:“你可以安裝的有效荷載是無限的。但是現(xiàn)在,很多應用仍然還是假設。”
Muzykantov已經(jīng)開發(fā)出利用紅血細胞作為分子載體的其他方法,他表示,這種新方法的意義超過了藥物傳遞。它可以被用來跟蹤紅血細胞,診斷血液疾病,將成像劑擴散到體內(nèi),對動脈粥狀硬化斑塊或阻塞的動脈成像,或在移植之前,通過阻斷進入血流的抑制性抗體,壓制免疫系統(tǒng)。
他補充道:“但是在動物模型中,還有很多問題要解決。我很想看到一個示范,即利用這種方法將一種真正的藥物結合到紅細胞,但它仍然是有效的。”
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