微小气泡用基因沉默纳米胶囊治疗哮喘

基于类固醇的吸入器为数百万哮喘患者提供挽救生命的药物，提供缓解和简单呼吸的能力。不幸的是，吸入器并不适用于所有患者，而且随着每年导致全球数十万人死亡的疾病发病率不断上升，需要新的哮喘治疗方法和策略。

康涅狄格大学的一组研究人员——包括文理学院化学助理教授 Jessica Rouge 和农业、健康和自然资源学院病理生物学副教授 Steven Szczepanek——正在合作开发使用基因的新型哮喘疗法。沉默纳米胶囊以帮助那些没有从现有治疗中受益的患者。他们的研究发表在ACS Nano 上。

“在治疗哮喘时，许多人认为小分子抗炎药物是可行的方法，但有很多哮喘患者对皮质类固醇没有反应，”Rouge 说。“为这群人创造不同的治疗方法来抑制哮喘的需求尚未得到满足。”

Rouge 的研究小组，包括合著者博士。学生 Shraddha Sawant 和 Alyssa Hartmann '20 博士，设计纳米材料和靶向疗法，向细胞传递基因沉默信息。这篇论文详细介绍了一种核酸纳米胶囊 (NAN)，它旨在选择性地传递一种称为 DNAzyme 的酶，以沉默免疫反应的一种成分，称为 GATA-3，该成分会导致发挥重要作用的免疫成分过度表达。在过敏性哮喘发作中。

Szczepanek 解释说有不同类型的哮喘，这项技术旨在专门治疗过敏性哮喘，约占成人病例的 50% 和儿童病例的 90%。基于 GATA-3 的治疗已经在临床试验中显示出前景，Rouge 说，通过将序列与纳米技术配对，他们希望提供更有效的传递和治疗方法，直接找到炎症的根源。

“当使用纳米材料时，我们尝试以一种可以让我们使用更少的材料来获得更大效果的方式进行治疗，”Rouge 说。

他们的系统基于组装成胶束的表面活性剂，类似于微小的气泡，并以逐步过程发生，导致每个大小约为 60 纳米。

“首先，我们合成了一种叫做表面活性剂的东西，它很像肥皂，基本上形成了一个纳米级的气泡。然后我们修改了这个气泡的表面化学，使其能够与 DNA 结合或连接。下一步，我们实验室的独特之处，是我们使用酶来构建下一个片段来连接 DNA 序列，该序列基本上可以切割编码 GATA-3 的 mRNA，”Rouge 说。

然后对纳米胶囊进行表征并检查它们是否可以在体外切割核酸靶细胞系，结果很有希望。

“我们展示了这些基因沉默序列使用我们的配方有效传递，我们看到它们击倒了感兴趣的基因靶标。这是令人兴奋的第一步，”Rouge 说。

Rouge 将数据带给 Szczepanek，看看他的研究小组，包括合著者和研究生 Tyler Gavitt '21 Ph.D. 和研究呼吸道病原体和疾病病理学的 Arlind Mara '21 博士将有兴趣在下一步研究中进行合作，以了解技术在体内的表现以及它是否具有临床相关性。

作为博士后研究的一部分，Szczepanek 研究了哮喘，并且他的实验室配备了采取下一步措施的设备，Szczepanek 说这次合作是天作之合。

“我认为这种基因沉默技术是治疗哮喘的绝佳应用。”

研究人员在对屋尘螨敏感的过敏性哮喘小鼠模型中测试了 GATA-3 DNAzyme-NAN 的功效。结果显示，与未治疗的对照组相比，用 NAN 治疗的小鼠的肺部炎症损伤较少。该治疗还减少了导致气道阻塞的炎症免疫细胞(称为嗜酸性粒细胞)的存在(见侧栏)。

“我们不仅在我们的小鼠模型中看到哮喘表型显着减少，而且我们在人类白细胞中测试了 GATA-3 DNAzyme-NAN，并且看到纳米颗粒的吸收和目标基因表达的敲低. 这种数据组合让我对纳米粒子对人类健康的转化潜力充满希望，”Szczepanek 说。

Rouge 指出了另一个重要细节：“一般来说，当将纳米颗粒放入我们的肺部时，您可能会认为它们会引起炎症。然而，我们真的很兴奋，在我们使用的剂量下，纳米载体本身并不会引起炎症。”

“我相信我们独特的纳米结构在寡核苷酸递送领域具有广阔的前景，”Sawant 说。“我很高兴成为这项合作研究的一部分，因为它标志着 NAN 作为一种有效的体内纳米载体开发的开始。”

Rouge 说下一步是希望获得 NIH 的资金来继续研究：“我们想弄清楚，这些纳米胶囊去哪里了?我们需要进行生物分布研究和其他合乎逻辑的后续步骤，例如药代动力学和确定这些疗法的持续时间最后在一个有机体中。”

研究人员最近获得了纳米胶囊配方的专利，他们希望将其商业化。Szczepanek 解释说，该团队设想，最终，该技术可以通过吸入器传递给患者，就像目前的哮喘药物一样，并且根据具体的配方方式，它可以针对活动性炎症或作为预防措施。Rouge 补充说，这项技术具有可定制的潜力。

“主要主题是不同的人对一般疾病的反应不同，因此存在个性化医疗的潜力。我们正在寻求范式转变，因为如果您了解某人的遗传学，就特定基因的强度或过度表达而言或者如果它被上调，我们可以治疗它或至少抑制它。”

什么原因导致哮喘发作?

Szczepanek 解释说，当免疫系统对环境中普遍存在且通常无害的东西(如屋尘螨)变得敏感时，就会导致过敏性哮喘。

“致敏作用将我们 T 细胞的记忆成分推入所谓的 Th2 表型。T 细胞是我们适应性免疫系统的一部分，它‘记住’之前我们必须对刺激进行免疫反应。通常这些是细菌和病毒，这是一件好事，因为我们想记住像流感这样的病原体。但是当你对空气中一直存在的灰尘产生免疫反应时，这就不好了，因为它会导致一些非常严重的副作用。”

Szczepanek 说，结果和严重程度因人而异。

“我们看到更多的免疫细胞进入气道导致气道发炎，这将使气道变小。这些细胞会激活气道中的杯状细胞，这些细胞会产生粘液，当你过度激活时这些杯状细胞，你会得到大量粘液进入已经发炎并因此收缩的气道。这会产生越来越多的问题，并降低哮喘患者在哮喘发作期间的呼吸能力。最后，你还会得到支气管收缩，当肺部细支气管周围的平滑肌层收缩时就会发生这种情况。这是一个重大的公共卫生问题，因为很大一部分人口容易患上哮喘。”

标签： 微小气泡