在過(guò)去10年間，比利時(shí)根特大學(xué)的Kevin Braeckmans教授始終專(zhuān)注于利用光熱納米纖維設(shè)計(jì)安全治療細(xì)胞的方法。現(xiàn)在，關(guān)于生物相容性光熱納米纖維開(kāi)發(fā)的方法，以及在激光照射下與這些納米纖維接觸的細(xì)胞如何變得通透并被各種效應(yīng)分子轉(zhuǎn)染，Braeckmans教授所在的研究團(tuán)隊(duì)給出了答案。

研究團(tuán)隊(duì)證明，經(jīng)過(guò)激光脈沖照射后，納米纖維轉(zhuǎn)染的細(xì)胞如胚胎干細(xì)胞和人類(lèi)T細(xì)胞健康狀況良好，并保留了原先的治療功能。

細(xì)胞療法的新基礎(chǔ)

基于細(xì)胞的療法構(gòu)成了一種更新的治療形式，其中將轉(zhuǎn)基因細(xì)胞注射到患者體內(nèi)以預(yù)防或治療疾病。一個(gè)眾所周知的例子是使用癌癥患者自身的免疫細(xì)胞，這些細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中被分離、基因改造和擴(kuò)增，然后重新注入患者體內(nèi)以攻擊腫瘤細(xì)胞。細(xì)胞的遺傳修飾取決于細(xì)胞內(nèi)的遞送技術(shù)，這種技術(shù)通常很難起到有效率，同時(shí)對(duì)細(xì)胞的健康和功能的影響降至最低。

納米粒子敏化光穿孔在這方面有可觀的開(kāi)發(fā)前景，因?yàn)槠渫ǔＤ芴峁└咝?、高通量和低毒性?；谑褂霉忭憫?yīng)納米粒子如金納米粒子，可以在脈沖激光照射下形成爆炸性納米氣泡。這些微小的爆炸可以在細(xì)胞膜上產(chǎn)生小孔，讓細(xì)胞培養(yǎng)基中補(bǔ)充的外部效應(yīng)分子進(jìn)入細(xì)胞。但是，由于細(xì)胞與不可降解的納米粒子接觸后會(huì)產(chǎn)生毒理學(xué)和監(jiān)管的問(wèn)題，因此阻礙了納米粒子敏化光穿孔向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。

因此，研究人員就需要開(kāi)發(fā)一種新方法保留納米顆粒敏化光穿孔的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免納米顆粒和細(xì)胞的直接接觸。如上圖所示，Braeckmans教授所在的團(tuán)隊(duì)將光熱氧化鐵納米粒子嵌入到通過(guò)靜電紡絲生產(chǎn)的生物相容性聚合物納米纖維中。聚己內(nèi)酯是一種廣泛用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的生物相容性聚合物，而光熱氧化鐵納米粒子具有成本效益且具有寬廣的光吸收光譜。

研究表明，在納秒激光脈沖照射下，貼壁細(xì)胞和懸浮細(xì)胞都可以被一系列大分子安全而有效地轉(zhuǎn)染。研究人員通過(guò)電感耦合等離子體——串聯(lián)質(zhì)譜（inductively coupled plasma—tandem mass spectrometry，ICP-MS/MS）進(jìn)行元素分析，確認(rèn)了光熱氧化鐵納米粒子在激光照射后仍安全地嵌入納米纖維中，從而使處理過(guò)的細(xì)胞避免了與納米顆粒直接接觸。

之后，研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)從纖維嵌入的光熱氧化鐵納米粒子到附近細(xì)胞的熱傳遞進(jìn)行數(shù)值模擬，以更好地了解激光脈沖通量、光熱氧化鐵納米粒子分布和聚集狀態(tài)，是如何影響細(xì)胞膜通透性的。

■Braeckmans教授

實(shí)驗(yàn)表明，光熱納米纖維的光穿孔可以成功地將功能性生物分子，包括siRNA或 CRISP-Cas9 核糖核蛋白輸送到貼壁細(xì)胞和懸浮細(xì)胞，包括人類(lèi)胚胎干細(xì)胞和原代人類(lèi)T細(xì)胞。作為基準(zhǔn)，研究人員用這種方法與目前先進(jìn)的電穿孔進(jìn)行了比對(duì)。電穿孔細(xì)胞的表型和功能發(fā)生了變化，而光穿孔細(xì)胞則保留了增殖能力，并且由于嵌合抗原受體T細(xì)胞的緣故，可以殺死腫瘤細(xì)胞。

總之，它表明使用光熱納米纖維進(jìn)行光穿孔能夠在多種細(xì)胞類(lèi)型中高效、安全地傳遞多種效應(yīng)分子，而無(wú)需接觸潛在有毒的光熱納米粒子?！拔覀兿嘈胚@是朝著使用光穿孔技術(shù)安全有效地生產(chǎn)基因修飾細(xì)胞療法邁出的重要一步。”Braeckmans教授說(shuō)。