张锋Science最新发文:一种全新的mRNA递送技术带来技术变革

来自麻省理工学院、霍华德休斯医学研究所和哈佛大学Broad研究所的研究人员已经开发出一种将药物传递到细胞上的新方法(www.69991.net)。这个名为SEND的系统可以通过编程来封装和运送不同的RNA货物。

完全组装好的SEND从细胞中释放出来,用于基因治疗

这个名为SEND的系统利用体内形成病毒样颗粒并结合RNA的天然蛋白质,与其他传递方法相比,它可能会引起较少的免疫反应。相关研究成果公布在Science杂志上。

研究证明,新的给药平台能在细胞模型中有效工作,并且,随着进一步的发展,可能会为广泛的分子药物开辟一类新的给药方法,包括基因编辑和基因替换。现有的这些疗法载体效率低下,随机地整合到细胞基因组中,有些还会刺激不必要的免疫反应。SEND有希望克服这些限制,这可能为分子医学提供新的机会。

“生物医学界一直在开发强大的分子疗法,但以精确和有效的方式将它们传递到细胞中是具有挑战性的,”CRISPR的先驱、该研究的通讯作者张峰说,“SEND有潜力克服这些挑战。”

在Science杂志的报道中,该团队描述了SEND(Selective Endogenous eNcapsidation for cellular Delivery,选择性内源性细胞封装细胞递送,生物通注)如何利用人类细胞制造的分子,在SEND的中心是一种叫做PEG10的蛋白质,它通常与自己的mRNA结合,并在其周围形成一个球形的保护囊。研究团队对PEG10进行了工程改造,使其选择性地包装和传递其他RNA。然后他们使用SEND将CRISPR-Cas9基因编辑系统传送到小鼠和人类细胞中,编辑靶标基因。

文章一作Michael Segel是张锋实验室的博士后研究员,他表示PEG10在转移RNA的能力方面并不是唯一的。“这就是令人兴奋的地方,”Segel说,“这项研究表明,人体内可能还有其他RNA转移系统,也可以用于治疗目的。这也提出了一些非常有趣的问题,即这些蛋白质的自然作用可能是什么。”

灵感来自内部

PEG10蛋白自然存在于人类体内,由一种“逆转录转座子”(一种类似病毒的基因元件)衍生而来,这种基因在数百万年前就与人类祖先的基因组整合在了一起。随着时间的推移,PEG10已经被机体吸收成为对生命重要的蛋白质库的一部分。

四年前,研究人员发现另一种反转录转座子衍生蛋白:ARC可以形成病毒样结构,并参与细胞之间的RNA转移。尽管这些研究表明,有可能将逆转录转座子蛋白作为转运平台,但科学家还没有成功地利用这些蛋白在哺乳动物细胞中包装和运送特定的RNA。

了解了一些反转录转座子衍生的蛋白质能够结合和包装分子货物后,张博士的团队开始考虑把这些蛋白质作为可能的运输工具。他们在人类基因组中系统地搜索这些蛋白质,寻找能形成保护性胶囊的蛋白质。在最初的分析中,该团队发现了48个编码蛋白质的人类基因,这些蛋白质可能具有这种能力。其中有19种候选蛋白同时存在于小鼠和人类体内。在研究小组的细胞系中,PEG10作为一种高效穿梭候选蛋白脱颖而出。这些细胞释放的PEG10颗粒明显多于其他测试的蛋白质。PEG10粒子也大多含有自己的mRNA,表明PEG10可能能够包装特定的RNA分子。

开发模块化系统

为了开发SEND技术,该团队还确定了PEG10 mRNA中的分子序列,或称“signals”,PEG10识别并用于包装其mRNA。然后,研究人员利用这些信号来改造PEG10和其他RNA货物,使PEG10可以选择性地包装这些RNA。接下来,研究小组用额外的蛋白质装饰PEG10胶囊,这些蛋白质被称为“fusogens”,在细胞表面,帮助细胞融合在一起。

通过在PEG10胶囊上设计融合原,研究人员应该能够将胶囊靶向到一种特定的细胞、组织或器官。作为实现这一目标的第一步,该团队使用了两种不同的fusogens(包括在人体中发现的一种)来实现SEND货物的运送。

张锋说:“通过混合和匹配SEND系统中的不同成分,我们相信它将为开发不同疾病的治疗方法提供一个模块化平台。”

发展基因疗法

SEND是由体内自然产生的蛋白质组成的,这意味着它可能不会触发免疫反应。研究人员说,如果这在进一步的研究中得到证实,SEND可能会为重复使用基因疗法提供机会,而且副作用很小。“SEND技术将补充病毒载体和脂质纳米颗粒,进一步扩大将基因和编辑疗法传递到细胞的方法工具箱。”

下一步,该团队将在动物身上测试SEND,并进一步设计该系统,将货物运送到各种组织和细胞。他们还将继续探索人体中这些系统的自然多样性,确定可以添加到SEND平台的其他组件。

“我们很高兴能继续推进这一方法,”张锋说,“我们可以使用PEG10,很可能还有其他蛋白质,在人体中设计一个传递途径,包装和传递新的RNA和其他潜在疗法,这是一个非常强大的概念。”

参考文献

Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for intercellular mRNA delivery

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