小号如果治疗疾病和其他病症的复杂、有效的药物不能到达身体的某个部位或它们设计用于靶向的特定细胞，那么它们就没有任何好处。然而，科学家们已经找到了一种将微小蛋白质输送到特定细胞的新方法，即使用在某些细菌上天然存在的小型注射器状结构。这项研究于3月29日发表在《自然》杂志上，可能会导致医学上更好的药物输送系统。

“交付仍然是医学的一个关键瓶颈，”研究合著者和麻省理工学院研究员约瑟夫克雷茨说。“尽管在过去几十年中开发了许多强大的新疗法，但我们仍需要大量的选择，才能将这些疗法送入体内正确的细胞中。”

在这项研究中，Kreitz、BroadInstitute研究员FengZhang和他们团队的其他成员从大自然中汲取灵感，依靠已经找到解决这个问题的方法的微小微生物。内共生细菌，或依赖宿主细胞生存的细菌，已经开发出细胞外收缩注射系统(eCIS)等工具，在该系统中，细菌使用微型注射器状纳米机器将蛋白质有效载荷注入宿主细胞。就细菌Photorhabdusasymbiotica而言，宿主细胞是线虫肠道内的细胞。在这项新研究中，Zhang和团队重新设计了来自Photorhabdus的这些所谓的纳米注射器，以将各种蛋白质靶向并输送到人类和动物细胞中。

参见“药物搭上藻类的便车以进行靶向递送”

研究人员首先证实，Photorhabdus毒力盒(PVC)可以在宿主细胞中递送非天然蛋白质。他们在这些实验中使用了Cre-loxP系统，其中宿主细胞中的GFP表达被终止密码子阻止，其两侧是loxP序列。添加Cre重组酶后，该酶识别loxP位点并切除终止密码子。因此，活跃的GFP表达可作为Cre成功递送到细胞中的指标。

但真正的挑战摆在面前：使用PVC靶向人类或小鼠细胞——这些细胞与PVC已知靶向的昆虫宿主细胞非常不同。科学家们甚至不确定PVC最初是如何识别昆虫细胞的，这一事实使情况更加复杂。但众所周知，这些PVC类似于噬菌体使用的结构，噬菌体是使用收缩尾巴将其遗传物质注入细菌的病毒。

“我们怀疑PVC通过称为尾纤维的小蛋白质丝识别细胞，但最初并不清楚我们需要如何修改这些尾纤维以改变该系统的目标特异性，”Kreitz说。

使用功能强大的AI平台AlphaFold，可以根据氨基酸序列预测蛋白质的3D结构，该团队可以对PVC的尾部纤维进行建模，以更好地了解它如何与其目标受体结合。然后，研究人员重新设计了PVC尾纤维，以特异性识别人肺腺癌细胞上的受体。使用重新设计的尾纤维，他们能够在体外将不同种类的蛋白质加载到这些细胞中：细菌的天然有毒蛋白质会杀死细胞，非天然的Cre会使细胞变绿。他们现在有了一种递送工具，可以专门有效地将蛋白质显微注射到人体细胞中。

“我可以想象，这种方法的可编程性可能有助于在未来实现目标或组织选择性的改进，”未参与这项研究的麻省理工学院研究员AngelaKoehler告诉TheScientist。

请参阅“现在AI可用于设计新蛋白质”

接下来，研究人员测试了该系统在体外将CRISPR基因组编辑组件递送至靶细胞的能力。虽然CRISPR技术已被广泛用于治疗研究，但靶向递送仍然是该领域的主要挑战。“我们不断扩展交付方式的工具箱;我们有一个基因组编辑器工具箱，可以传递各种类型的分子，现在我们正在扩展传递工具箱本身，”未参与这项研究的北卡罗来纳州立大学CRISPR研究人员RodolpheBarrangou告诉The科学家。

该团队能够将Cas9蛋白(一种参与CRISPR介导的基因编辑的核酸酶)注射到表达引导RNA的人类细胞中，以有效地编辑这些人类细胞中的基因组。具有改性尾纤维的PVC对其目标受体非常特异，这是一个关键特征，可以在其未来的应用中作为一种潜在的抗癌细胞疗法加以利用。

参见“细菌作为抗癌的活体微型机器人”

“我们对这些系统为未来应用提供的可能性感到兴奋，”Kreitz说。“例如，由于PVC可以传递蛋白质，与传递蛋白质蓝图的基于DNA或RNA的传递系统相比，它们可能使我们能够更好地控制细胞内治疗剂的剂量和半衰期。”

作为对新系统功效的最终测试，Kreitz和他的同事在修改尾部纤维以识别小鼠细胞上的受体后，使用PVC将蛋白质安全并成功地注射到活小鼠的大脑中。他们再次使用Cre-Lox系统并确认PVC递送的非天然蛋白质在体内正确发挥其功能。此外，注射没有导致任何显着的免疫反应，注射后PVC不会在小鼠大脑中停留超过一周——这增加了支持使用该工具作为潜在治疗方法的功能列表未来。

研究人员已经参与了这项技术的潜在商业化。根据该论文，Kreitz和Zhang被列为布罗德研究所提交的题为“细胞类型特异性靶向收缩注射系统”的美国临时专利申请的共同发明人。张是EditasMedicine、BeamTherapeutics、PairwisePlants、ArborBiotechnologies和AeraTherapeutics的科学顾问和联合创始人。张还是Octant的科学顾问。

“我们有兴趣进一步了解其免疫原性、组织渗透和器官定位，”Kreitz说。“最终在人类治疗中使用PVC将需要进一步的临床前开发和严格的、FDA监管的临床研究，以确保该系统安全有效。”

“这是一个很好的概念证明，”Barrangou说。“通过在神经元体内进行基因组编辑来说明这项技术的潜力，我们有理由感到兴奋。这是一个未来值得关注的领域，一个具有巨大治疗潜力的领域，也是一个技术难度很大的领域。”

将来有可能使用这些PVC作为药物输送工具来治疗人类疾病。目前，它们是一种可编程的蛋白质递送工具，可以对其进行修改以靶向从昆虫到人类等不同生物体的各种细胞。

“向神经元和脑组织传递有效载荷非常困难，我认为能够做到这一点是一个非常令人鼓舞的开始，尽管还处于早期阶段，”Barrangou说。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：细胞PVC系统