约翰·霍普金斯大学医学科学家表示，他们已经开发出一种纳米颗粒(一种极其微小的可生物降解容器)，有可能改善基于信使核糖核酸(mRNA)的疫苗的输送，用于治疗COVID-19等传染病，以及治疗非传染性疾病的疫苗。传染病，包括癌症。

6月20日发表在《美国国家科学院院刊》上的小鼠试验结果表明，携带mRNA疫苗的可降解聚合物纳米颗粒在注射到小鼠血液中时，能够到达脾脏并有针对性地激活某些抗癌免疫细胞。

研究人员还发现，与接受对照治疗的小鼠相比，注射约翰霍普金斯大学制造的纳米颗粒后，患有黑色素瘤的小鼠的存活时间延长了一倍，患有结直肠癌的小鼠的长期存活时间增加了一倍。

此外，科学家们发现，在小鼠体内，大约一半负责识别和破坏不健康细胞(例如感染病毒或癌症的细胞)的专门免疫细胞已被激活并准备好识别特定的入侵癌细胞。

由脂质(一种脂肪酸)制成的纳米颗粒是mRNACOVID-19疫苗的基础。这种基于脂质的预防性疫苗通常注射到肌肉中。

然而，虽然肌肉中含有许多能够表达可导致抗体反应的mRNA的细胞，但树突状细胞(指导免疫系统其他部分(特别是T细胞)寻找并摧毁癌细胞的免疫细胞)相对较少。科学家或许能够通过增强mRNA指令到达树突状细胞的能力来改进以癌症治疗为重点的疫苗。

事实证明，将脂质疫苗注射到血液中很困难，因为疫苗往往会直接进入肝脏，并在那里被降解。

约翰斯医学院生物医学工程教授乔丹·格林博士说：“我们的目标是开发一种不会直接发送到肝脏的纳米颗粒，它可以有效地教导免疫系统细胞寻找并摧毁适当的目标。”霍普金斯大学医学院。

Green解释说，为了制造针对传染病和癌症等非传染性疾病的更强效疫苗，纳米颗粒的mRNA内容物需要到达、进入树突状细胞并在树突状细胞中表达。研究人员表示，mRNA在树突状细胞中表达后，会迅速降解，并且在mRNA和纳米颗粒消失很久后，由此产生的免疫细胞反应可以持续更长时间。

通常，科学家通过将蛋白质附着到纳米颗粒上来实现这种细胞靶向，纳米颗粒像锁和钥匙一样特异性地结合到目标细胞的表面。然而，在这种方法的实验室测试中，只有一小部分纳米颗粒到达目标细胞，科学家们表示这种方法存在制造挑战。

Green和他的团队测试了各种材料，最终决定将所需的mRNA装入聚合物容器中。聚合物是小分子的重复基团，它们形成紧密结合的链以产生更大的分子，并且它们可以被设计成在体内生物降解回小分子。Green的团队将纳米颗粒的亲水分子与疏水分子的比例设计得恰到好处，这是使纳米颗粒更容易封装mRNA并更容易进入靶细胞的关键。

然后，格林团队利用二硫键使纳米颗粒在目标细胞内快速降解。用于构建纳米颗粒的聚合物含有对特定组织类型具有亲和力的封端分子。

最后，格林和他的团队在纳米粒子中添加了一种“助手”，也称为佐剂。佐剂有助于激活树突状细胞。

在实验室培养的细胞实验中，研究人员发现，他们开发的纳米颗粒结构被原代树突细胞吸收，其水平比mRNA本身高出约50倍。在小鼠中，纳米粒子到达的脾脏中近80%的细胞是目标树突状细胞。

在一组实验中，研究人员使用带有基因工程免疫细胞的小鼠，如果纳米颗粒被打开以显示其mRNA内容，免疫细胞就会发出红光。他们发现，脾脏中5%至6%的树突状细胞成功吸收、打开和加工纳米颗粒，与巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞和T细胞等其他免疫细胞相比，这种情况主要发生在树突状细胞中。

格林说：“免疫系统的设计目的是通过放大反应来发挥作用，树突状细胞会教导其他免疫细胞在体内寻找什么。”

后来的实验表明，在接受两次新型纳米颗粒制剂加免疫治疗药物注射后，一半患有结直肠癌的小鼠长期存活，而使用其他纳米颗粒制剂和免疫治疗药物或免疫疗法治疗后，只有10%至30%的存活率单独用药。

在长期存活的患有结直肠癌的小鼠中，当研究人员给它们额外的结直肠癌细胞时，它们都没有接受额外的治疗，这表明长期的免疫反应可以防止癌症复发。

研究人员还发现，在使用新纳米颗粒治疗21天后，小鼠体内60%的细胞杀伤性T细胞武装起来，能够识别并攻击结直肠细胞。同样，在患有黑色素瘤的小鼠中，大约一半的同类型T细胞准备好攻击黑色素瘤。

Green说：“纳米颗粒输送系统能够创建一支能够识别癌症相关抗原的T细胞大军。”

格林说：“这种新的纳米颗粒输送系统可能会改善传染病疫苗的接种方式，也可能为治疗癌症开辟一条新途径。”

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