北理工在電穿孔介導(dǎo)核酸藥物免疫治療方面取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2020-12-28
編輯：朱倩云 審核：唐水源 閱讀次數(shù)：近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃淵余課題組在核酸藥物輸運(yùn)和腫瘤免疫治療方面取得重要研究進(jìn)展,。該研究成果以《Rolling microneedle electrode array (RoMEA) empowered nucleic acid delivery and cancer immunotherapy》發(fā)表于納米科技與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《Nano Today》（影響因子16.907）,。該論文第一作者為北京理工大學(xué)生命學(xué)院/前沿交叉院博士研究生楊同仁和北京大學(xué)黃東博士,，通訊作者為北京理工大學(xué)黃淵余研究員和北京大學(xué)李志宏教授。
基于小干擾RNA（siRNA）的核酸藥物近年來(lái)連續(xù)獲批上市,，已成為引領(lǐng)第三次制藥浪潮的代表性技術(shù),。siRNA藥物開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)高效富集與胞吞,、快速抵達(dá)細(xì)胞質(zhì)、高效長(zhǎng)效沉默靶基因表達(dá),，這個(gè)過(guò)程需要研究開(kāi)發(fā)高效安全的藥物遞送技術(shù),。目前諸多遞送載體存在給藥效率低、安全性差,、成本高,、缺乏普適性等問(wèn)題。
圖1 RoMEA示意圖及該研究思路
2018年,，黃淵余課題組與李志宏課題組開(kāi)展合作,，提出并驗(yàn)證了滾輪微針輔助柔性電穿孔芯片介導(dǎo)siRNA體內(nèi)透皮遞送的策略（Theranostics 2018; 8(9):2361-2376），該策略結(jié)合醫(yī)療美容領(lǐng)域的微針滾輪與柔性插指電極芯片（FIEA）,，首先利用微針滾輪在小鼠皮膚組織建立微孔道、形成液體微電極,，接著使用柔性電穿孔芯片給予脈沖電場(chǎng),，促使核酸藥物分子透皮遞送。進(jìn)一步,，研究人員構(gòu)思將滾動(dòng)式微針與電穿孔芯片“二合一”,，設(shè)計(jì)了滾動(dòng)式微針電極陣列（RoMEA，圖1）,，該器件的突出優(yōu)勢(shì)在于滾動(dòng)的同時(shí)施加同步電場(chǎng),，可支持在不規(guī)則的活體組織表面進(jìn)行大面積的活體組織電穿孔。同時(shí),，該器件具有侵入性小,、操作方便、安全,、制造成本低,、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
圖2 RoMEA介導(dǎo)的體內(nèi)核酸遞送研究
研究人員通過(guò)RoMEA遞送表達(dá)紅色熒光蛋白(RFP)的質(zhì)?；駽y5標(biāo)記的siRNA,，或抑制SCD1基因表達(dá)的siRNA，對(duì)RoMEA在體內(nèi)的核酸遞送的參數(shù)進(jìn)行了探究（圖2）,。結(jié)果顯示,，當(dāng)RoMEA所施加的電壓在30V-90V區(qū)間內(nèi)，RFP的蛋白都得到顯著的表達(dá),，并且在50V的電壓下RFP的蛋白表達(dá)強(qiáng)度達(dá)到峰值（圖2c）,。并且當(dāng)RoMEA所施加的電壓為50V時(shí)，顯著的提高了Cy5-siRNA在小鼠腿部及腫瘤內(nèi)的滯留時(shí)間（圖2d, e）,。同樣,，作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)RoMEA所施加的電壓為50V時(shí)siRNA有很好的基因抑制效率（圖2f, g）,。在此條件下，電轉(zhuǎn)CpG2395（免疫佐劑）可以有效的刺激小鼠分泌IL-6與IFN-g（圖2h）,。因此,，RoMEA可以在50V的電壓下可以實(shí)現(xiàn)局部高效的核酸轉(zhuǎn)染效率。
圖3 RoMEA介導(dǎo)的B16-F10黑色素瘤的免疫治療
阻斷PD-L1/PD-1免疫檢查點(diǎn)通路是臨床治療中最具代表性的腫瘤免疫治療途徑,。結(jié)合RoMEA的最優(yōu)參數(shù),，研究人員進(jìn)一步選擇抑制PD-L1表達(dá)的siRNA（siPD-L1）和拮抗PD-1的單抗（PD-1 mAb）在B16-F10黑色素瘤小鼠模型進(jìn)行研究（圖3a, b）。分別在腫瘤較?。M臨床早期腫瘤,，圖3c-i）和腫瘤較大（模擬臨床中期腫瘤，圖3j-l）時(shí)開(kāi)始治療,。結(jié)果顯示,，單獨(dú)使用siPD-L1或聯(lián)合PD-1 mAb，均能有效抑制腫瘤的生長(zhǎng),，延長(zhǎng)動(dòng)物生存周期,。同時(shí)，流式細(xì)胞術(shù)的結(jié)果顯示,，腫瘤微環(huán)境中CD4+ T細(xì)胞,、CD8+ T細(xì)胞數(shù)量顯著提升，證實(shí)了PD-L1/PD-1通路的機(jī)制和效果,。
該工作設(shè)計(jì)的滾動(dòng)式微針電極陣列（RoMEA）加工簡(jiǎn)單,、通用性強(qiáng)，為未來(lái)各種治療劑（不局限于核酸藥物）的應(yīng)用開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ),，展現(xiàn)了良好的實(shí)用前景,。
附作者簡(jiǎn)介：
黃淵余，北京理工大學(xué)研究員,、課題組長(zhǎng),、博士生導(dǎo)師。研究興趣主要圍繞核酸技術(shù)與藥物展開(kāi),，包括核酸藥物（如siRNA,、mRNA等）的設(shè)計(jì)篩選、藥物遞送以及重大疾病的創(chuàng)新診治技術(shù)研究,。目前在Nano Today,、Adv Funct Mater、Nano Lett,、Biotechnol Adv等期刊發(fā)表SCI論文50余篇,；其中第一或通訊作者論文30余篇，含IF>10論文13篇,、ESI高被引論文3篇,。著述專著6章,、中文教材1部；申請(qǐng)專利6件,，含授權(quán)PCT專利2件,。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目10余項(xiàng)。入選北京市科技新星（2020）,、北京市科協(xié)先進(jìn)工作者（2020）,、北京市科協(xié)青年托舉人才（2019），獲得中美納米醫(yī)學(xué)與納米生物技術(shù)學(xué)會(huì)“未來(lái)之星”獎(jiǎng)（2019）,、教育部學(xué)術(shù)新人等榮譽(yù),。是中國(guó)生物物理學(xué)會(huì)納米生物學(xué)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、理事,，另4個(gè)學(xué)會(huì)理事或委員,；是Advances（Wiley合作新刊）副主編、Chinese Chemical Letters等多個(gè)期刊編委,。
論文詳情：
Tongren Yang1, Dong Huang1, Chunhui Li, Deyao Zhao, Junshi Li, Mengjie Zhang, Yufeng Chen, Qining Wang, Zicai Liang, Xing-Jie Liang, Zhihong Li?, Yuanyu Huang?. Rolling microneedle electrode array (RoMEA) empowered nucleic acid delivery and cancer immunotherapy. Nano Today 2021; 36: 101017. doi: 10.1016/j.nantod.2020.101017.
教師主頁(yè)：http://arims.bit.edu.cn/xzdw/qnggjs/tbyjy/178349.htm
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.101017
分享到：