威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種更安全，更有效的方法，以提供一種有前途的新方法來治療癌癥和肝臟疾病以及進(jìn)行疫苗接種，其中包括Moderna Therapeutics的COVID-19疫苗，該疫苗已經(jīng)在人類中進(jìn)行了臨床試驗(yàn)。

該技術(shù)依靠將精心設(shè)計(jì)的信使RNA(mRNA)片段插入細(xì)胞中，信使RNA(mRNA)是人類細(xì)胞通常從人的DNA轉(zhuǎn)錄而來的一種遺傳物質(zhì)，以制造有用的蛋白質(zhì)并開展業(yè)務(wù)。安全和完整地傳遞mRNA而又不影響免疫系統(tǒng)的問題使基于mRNA的療法受到了阻礙，但是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員正在制造礦物質(zhì)的細(xì)小球，似乎在老鼠身上起到了作用。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校生物醫(yī)學(xué)工程和骨科教授威廉·墨菲說：“這些微粒在其表面上具有納米級(jí)的孔，可以吸收并攜帶諸如蛋白質(zhì)或信使RNA之類的分子。”“它們模仿了考古學(xué)中常見的某種東西，當(dāng)時(shí)我們?cè)跀?shù)千年前的骨骼樣品或蛋殼上發(fā)現(xiàn)了完整的蛋白質(zhì)或DNA。礦物質(zhì)成分一直在幫助穩(wěn)定這些分子。”

墨菲和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的合作者在一系列實(shí)驗(yàn)中使用了礦物包裹的微粒(MCM)，直徑為5至10微米，大約相當(dāng)于人類細(xì)胞的大小，在一系列實(shí)驗(yàn)中將mRNA傳遞給糖尿病小鼠傷口周圍的細(xì)胞。在接受MCM處理的小鼠中，傷口愈合得更快，并且相關(guān)實(shí)驗(yàn)中的細(xì)胞顯示，與其他遞送方法相比，mRNA分子的提取效率更高。

研究人員今天在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上描述了他們的發(fā)現(xiàn)。

在健康的細(xì)胞中，DNA被轉(zhuǎn)錄成mRNA，而mRNA則是細(xì)胞機(jī)器用來制造蛋白質(zhì)的指令。在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建的一條mRNA片段可被替換為該過程，以告訴細(xì)胞產(chǎn)生新的東西。如果某種東西是某種抗原，即一種能提醒免疫系統(tǒng)注意潛在有害病毒的分子，則mRNA可以完成疫苗的工作。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員對(duì)mRNA進(jìn)行了編碼，并指導(dǎo)細(xì)胞核糖體抽出一種生長(zhǎng)因子，該蛋白可促進(jìn)愈合過程，而這些過程在糖尿病小鼠(以及許多嚴(yán)重的糖尿病患者)中進(jìn)展緩慢或不存在。

但是，mRNA在體內(nèi)的壽命很短，因此要傳遞到細(xì)胞中通常意味著給予大劑量和頻繁的劑量，其中mRNA鏈由稱為陽(yáng)離子聚合物的分子制成的容器攜帶。

墨菲說：“陽(yáng)離子成分常常是有毒的。您傳遞的mRNA越多，您獲得的治療效果就越多，但是也更有可能看到毒性作用。因此，這是一個(gè)權(quán)衡，” 。我們發(fā)現(xiàn)，從MCM運(yùn)送時(shí)，我們沒有看到這種毒性。而且由于MCM的傳遞可保護(hù)mRNA免受降解，因此您可以在所需的位置獲得更多的mRNA，同時(shí)減輕毒性作用。”

這項(xiàng)新研究還將mRNA與免疫系統(tǒng)抑制蛋白配對(duì)，以確保靶細(xì)胞不會(huì)將mRNA提取為異物并破壞或彈出。

成功的mRNA傳遞通?？墒辜?xì)胞按照新指令運(yùn)行約24小時(shí)，并且它們產(chǎn)生的分子會(huì)分散在整個(gè)身體中。對(duì)于疫苗及其產(chǎn)生的抗原而言，這就足夠了。為了保持較長(zhǎng)的過程，例如生長(zhǎng)替代組織以治愈皮膚或器官，細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)或生長(zhǎng)因子需要停留更長(zhǎng)的時(shí)間。

墨菲說：“我們?cè)贛CM上看到的是，一旦細(xì)胞吸收了mRNA并開始產(chǎn)生蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)就會(huì)立即結(jié)合回MCM顆粒內(nèi)。”“然后它會(huì)在數(shù)周的時(shí)間內(nèi)發(fā)布。我們基本上正在采用通常會(huì)持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至一天的東西，并且使它能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。”

而且，由于MCM足夠大，以至于它們不會(huì)進(jìn)入血液并漂浮走，因此它們會(huì)停留在需要釋放有用治療方法的位置。在小鼠中，這種治療活性持續(xù)了超過20天。

墨菲說：“它們由類似于牙釉質(zhì)和骨骼的礦物制成，但被設(shè)計(jì)成在不再有用時(shí)會(huì)被人體吸收。”墨菲說，他的工作得到了環(huán)境保護(hù)署，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院的支持。國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和西澳大學(xué)麥迪遜分校的校友Michael和Mary Sue Shannon的捐款。

“我們可以通過調(diào)整它們的制造方式來控制它們的壽命，因此它們可以在我們需要時(shí)無害地溶解。”

微粒背后的技術(shù)在威斯康星州校友研究基金會(huì)的幫助下獲得了專利，并被墨菲共同創(chuàng)立的公司Dianomi Therapeutics許可。

研究人員現(xiàn)在正致力于通過MCM傳遞的mRNA來生長(zhǎng)骨骼和軟骨，并修復(fù)脊髓損傷。