利用混合纳米管进行细胞内蛋白质输送彻底改变癌症治疗
在当今的医疗领域，精准医疗和靶向治疗因其能够根据个体患者量身定制治疗方案同时最大程度地减少副作用而受到越来越多的关注。基因转移技术等传统方法有望将治疗基因直接递送至细胞以治疗各种疾病。然而，这些方法存在重大缺陷，影响了其有效性和安全性。
细胞内蛋白质递送为开发更安全、更有针对性和更有效的疗法提供了一种有前途的方法。通过直接将蛋白质转移到靶细胞中，这种方法可以避免转录和翻译过程中的沉默以及 DNA 插入导致不良突变的风险等问题。此外，细胞内蛋白质递送允许治疗性蛋白质在靶细胞内精确分布而不会引起性。
早稻田大学 Takeo Miyake 教授领导的一组研究人员与理化学研究所 Mikawa 小组合作，开发出一种用于细胞内蛋白质递送的混合纳米管印章系统。这种创新技术能够同时将钙黄绿素染料、乳酸氧化酶 (LOx) 酶和泛素 (UQ) 蛋白等多种货物直接递送到粘附细胞中，用于癌症治疗。一篇描述他们研究的文章于 2024 年 5 月 14 日发表在《分析化学》 上。本文由理化学研究所生物系统动力学研究中心的 Tsutomu Mikawa 博士、Masaomi Ikari 博士、Hiromasa Yagi 博士、Naoya Tochio 博士和 Takanori Kigawa 博士以及早稻田大学的 Bowen Zhang 先生、Bingfu Liu 先生、Zhouji Wu 先生和 Kazuhiro Oyama 先生共同撰写。
Miyake 简要介绍了印章系统的组装过程。“ HyNT 是通过将 PEDOT 聚合到 Au 纳米管膜上而合成的，然后与玻璃管组装在一起，形成一个能够将 HyNT 物理插入细胞的印章。 ”
研究人员探索了将 LOx 酶递送至癌症治疗的治疗潜力。“通过我们创新的印章系统，我们成功地将 LOx 递送至健康的间充质干细胞 (MSC) 和癌变的 HeLa 细胞中。虽然 MSC 细胞不受影响，但我们观察到 HeLa 癌细胞在 LOx 治疗后出现大量细胞亡，并且存活率随时间推移而下降。我们的研究结果凸显了细胞内递送 LOx 在选择性靶向和杀癌细胞的同时保护健康细胞方面具有良好的功效，为癌症治疗提供了一种有针对性的治疗策略，”Miyake 解释道。
最终，该团队利用 HyNT 印章系统成功将 15N 同位素标记的 UQ 蛋白递送到 HeLa 细胞中。这种递送方式可以分析细胞内的复杂蛋白质结构和相互作用。此外，光学和荧光成像证实了递送的 UQ 在 HeLa 细胞中的存在，核磁共振光谱将细胞内 UQ 蛋白浓度与含有 15N 标记 UQ 的溶液的浓度相匹配。这些结果证明了印章系统在递送目标蛋白质以供后续分析方面的有效性。
结果表明，HyNT 印章系统在将 LOx 和 UQ 输送到大量粘性细胞方面具有卓越的能力，这是再生医学应用所必需的。该系统实现了 89.9% 的显著高输送效率，表明其能够有效地将治疗性蛋白质精确地输送到目标细胞中。此外，97.1% 的细胞存活率凸显了该系统在整个输送过程中保持被处理细胞的健康和完整性的能力。
HyNT 印章系统在细胞内蛋白质递送方面具有变革性潜力，应用范围从癌症治疗到分子分析。除了医学，它的多功能性还延伸到农业和食品行业，有望推动农作物生产和食品产品开发的进步。凭借精确的细胞操作和高效的递送，HyNT 印章系统有望彻底改变生物医学研究、临床实践和各种行业，为个性化干预铺平道路并塑造现代医学的未来。
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