荷蘭格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家們最近取得了一項(xiàng)重大突破，他們發(fā)現(xiàn)了在細(xì)胞內(nèi)部積累納米顆粒的受體和蛋白質(zhì)。這些受體和蛋白質(zhì)中許多以前并未與細(xì)胞攝取和細(xì)胞內(nèi)加工相關(guān)聯(lián)，或者是非經(jīng)典途徑的一部分。這一發(fā)現(xiàn)對基于納米顆粒遞送療法的納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上的同行評議文章中，題為“Genome-wide forward genetic screening to identify receptors and proteins mediating nanoparticle uptake and intracellular processing”?。

納米醫(yī)學(xué)遞送的優(yōu)化

納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的利用導(dǎo)致了納米醫(yī)學(xué)的誕生，大大影響了疾病治療。這種現(xiàn)象在利用脂質(zhì)納米顆粒（LNP）藥物遞送系統(tǒng)的納米醫(yī)學(xué)中尤為突出。美國食品藥品監(jiān)督管理局已經(jīng)批準(zhǔn)了數(shù)十種使用LNP將藥物遞送到特定疾病部位的藥物，目前還有數(shù)百種藥物正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

由于未經(jīng)改變的核酸類藥物在遞送方面遇到了特定挑戰(zhàn)——在生物液體中容易降解，無法在目標(biāo)組織中積累，甚至無法穿透目標(biāo)細(xì)胞，即使它們到達(dá)了預(yù)期的組織——因此，人們對將LNP技術(shù)擴(kuò)展到包括核酸類藥物的遞送感興趣，包括短干擾RNA（siRNA）、信使RNA（mRNA）和基因編輯構(gòu)建物。

然而，許多用于制備小分子LNP配方的方法并不適用于核酸聚合物，因?yàn)樗鼈兲蟛⑶規(guī)в胸?fù)電荷。此外，小分子藥物的LNP配方只需要在到達(dá)目標(biāo)組織后釋放藥物載體。相比之下，核酸類藥物的LNP配方還必須有效地將這些大分子運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)的目標(biāo)細(xì)胞器中。

納米顆粒攝取和細(xì)胞內(nèi)加工篩選

首席作者達(dá)芙妮·蒙提贊（Daphne Montizaan）和她的同事們在這篇文章中使用了基因組范圍的正向遺傳篩選和插入突變技術(shù)，以找到幫助二氧化硅納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞、停留在其中并被加工的蛋白質(zhì)和受體。他們在人類單倍體HAP1細(xì)胞中進(jìn)行了這項(xiàng)研究，這是一種用CRISPR-Cas9編輯基因的相對較新的細(xì)胞模型，約有1億個(gè)細(xì)胞被孵育在一個(gè)沒有血清的培養(yǎng)基中，與50納米熒光標(biāo)記的二氧化硅納米顆粒和人類血清冠膜一起過夜。在暴露于高血清濃度時(shí)，已觀察到二氧化硅納米顆粒通過與其冠膜中的特定載脂蛋白相互作用，選擇性地結(jié)合到低密度脂蛋白受體（LDLR）。這種行為與類似Onpattro的脂質(zhì)納米顆粒的先前發(fā)現(xiàn)一致。

在每次分選后對細(xì)胞進(jìn)行深度測序，成功地識別出大量豐富的目標(biāo)（80個(gè)）。此外，篩選結(jié)果表明，冠膜包被的納米顆粒通過各種受體被吸收。

其中有幾個(gè)基因以前尚未與攝取和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過程相關(guān)聯(lián)。該研究的結(jié)果表明，非經(jīng)典途徑可能參與了納米顆粒的細(xì)胞內(nèi)積累。許多鑒定出的蛋白質(zhì)因其參與吸收病毒和來源于癌癥的外泌體而受到認(rèn)可。

例如，清道夫受體B類1型（SCARB1）——一種用于肝細(xì)胞內(nèi)乙型肝炎病毒（HCV）進(jìn)入的高密度脂蛋白（HDL）受體——促進(jìn)了納米顆粒的積累。此外，發(fā)現(xiàn)肝素硫酸作為特定的納米顆粒受體，其作用取決于細(xì)胞和納米顆粒的類型。

結(jié)果還證實(shí)了脂蛋白受體在不同類型納米顆粒的積累中起主導(dǎo)作用，這可能是由于它們的冠膜中富集了

幾種載脂蛋白。盡管與LDLR的相互作用，這些納米顆粒的攝取并不包括經(jīng)典的內(nèi)吞作用靶標(biāo)，如衣狀蛋白或動(dòng)力蛋白，這是內(nèi)源性LDLR配體的典型特征。

這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)對于利用納米顆粒冠膜開發(fā)內(nèi)源性靶向策略具有重要意義。各種受體可能通過不同的機(jī)制促進(jìn)攝取，導(dǎo)致不同的效率和細(xì)胞內(nèi)結(jié)果。最終，這些因素有助于創(chuàng)建僅與特定類型細(xì)胞相互作用的納米醫(yī)藥品，并可能引發(fā)新的自然靶向細(xì)胞的方式。

這項(xiàng)研究為理解細(xì)胞如何處理納米顆粒提供了關(guān)鍵見解，為開發(fā)更有效的納米醫(yī)藥品奠定了基礎(chǔ)。荷蘭格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家們的努力為納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)，并將為未來的研究和臨床應(yīng)用提供寶貴的指導(dǎo)。

這項(xiàng)研究的成功標(biāo)志著對納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題取得了重要進(jìn)展，為更好地理解細(xì)胞內(nèi)納米顆粒積累的機(jī)制提供了新的思路和方向。

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01629-x

編輯：王洪

排版：李麗