2022年08月10日
人类进化出强大的防御屏障以保护自身免受外来物质的侵害，从皮肤到细胞，再到细胞内的每个组件，人类身体的每个部分都有保护层。人体防御系统的重要性不言而喻，但它也对需要跨越人体防线、到达特定位置发挥疗效的药物带来了巨大挑战。
尽管人体防御屏障在药物科学与药物设计中至关重要，但学术界对防御屏障本身及药物如何跨越这些屏障的研究还存在很大空白。
近日发表于《美国化学学会纳米》（ACS Nano）期刊的一项研究中，来自西交利物浦大学、南京大学、以及美国西华盛顿大学与埃默里大学的研究人员探究了向细胞输送治疗药物的困难所在。
该研究的通讯作者、西浦慧湖药学院阮刚博士表示：“为了提升治疗效果，改进药物递送方式，我们需要对细胞组件与纳米颗粒的相互作用进行定量分析。‘好比你要造一架飞机，在动手前，你需要先分析飞机每个部件的空气动力原理’。”
“被困住”
药物如何跨越人体防御屏障，到达细胞中的目的地呢？以mRNA新冠核酸疫苗为例，疫苗中的mRNA被包裹在脂类物质中，从而形成脂质纳米颗粒，保护信使RNA不被降解，并帮助其穿过人体层层防御系统，到达细胞中的标靶。
在该研究中，研究人员利用尖端显微镜技术，实时跟踪了常用于药物的纳米颗粒到干细胞内部的递送过程。
阮刚博士说：“我们把粒子向细胞内递送的过程分解成了几个步骤，我们将每一步进行可视化，并展示了细胞的自我保护机制。”
结果表明，在干细胞中，纳米颗粒被“困”在气泡状囊泡中，无法到达细胞内的标靶。
纳米颗粒进入细胞时会被细胞膜吞噬，形成气泡状囊泡。在许多类型的细胞中，纳米颗粒进入细胞后从囊泡中逃逸的过程相对不那么困难。然而，干细胞、免疫细胞、神经细胞等有特别难突破的防御屏障，粒子递送至这些细胞中就很困难。
如本研究所关注的干细胞，纳米颗粒似乎被困在囊泡内无法逃脱。
（纳米颗粒进入细胞时会被细胞膜吞噬，形成囊泡。这一现象称作内吞。）
助力未来疗法设计
尽管纳米颗粒向干细胞的递送过程复杂且包含多种机制，但是通过可视化各个递送步骤及化学抑制剂分析，团队确定了阻止纳米颗粒向细胞内靶标递送的关键环节。
“通过确定纳米颗粒向细胞递送的瓶颈，我们的研究将为更有针对性的创新疗法奠定基础。通过定制的药物运输方式，以满足不同患者的需求。”阮刚博士说。
在此基础上，研究人员将其观察与分析的结果总结成了一个数学模型，该模型可预测纳米颗粒经过每个传递步骤到达细胞内各个部位的速度与效率，从而协助未来疗法的设计。
据介绍，该模型可用于预测特定时间、细胞特定位置的纳米颗粒的浓度。该模型具有通用性，例如，可预测mRNA新冠核酸疫苗中的脂质纳米颗粒将信使RNA递送至细胞内的效果。
该研究项目团队成员表示，将递送路径实时可视化，结合生物机制研究，有助于了解如何控制这些路径，这可能会为治疗学开辟一片新天地。
记者：Catherine Diamond
翻译：王雪琪
中文编辑：张蔚、俞丽雯
2022年08月10日