紅細(xì)胞的作用不只是將氧氣從肺部輸送到器官：它們還可以通過捕獲病原體表面上的病原體，中和病原體并將其提供給脾臟和肝臟的免疫細(xì)胞來幫助人體抵抗感染。現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)懷斯生物啟發(fā)工程研究所和約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的一組研究人員已經(jīng)利用這種先天能力構(gòu)建了一種平臺(tái)技術(shù)，該技術(shù)利用紅細(xì)胞將抗原傳遞給抗原呈遞脾臟中的細(xì)胞(APC)，產(chǎn)生免疫反應(yīng)。這種方法成功地減緩了小鼠癌性腫瘤的生長(zhǎng)，也可以用作多種疫苗的生物相容性佐劑。這項(xiàng)技術(shù)稱為紅細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的免疫靶向(EDIT)，本周在PNAS。

高級(jí)作者薩米爾·米特拉戈特里(Samir Mitragotri)博士說：“脾臟是人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)時(shí)最好的靶向器官之一，因?yàn)樗羌t細(xì)胞和白細(xì)胞自然相互作用的少數(shù)器官之一。” Wyss核心教員，同時(shí)還是SEAS的Hiller生物工程教授和HansjörgWyss生物啟發(fā)工程教授。“紅細(xì)胞與生俱來的將病原體轉(zhuǎn)移到免疫細(xì)胞的先天能力才被發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)研究為使用人類細(xì)胞進(jìn)行疾病治療和預(yù)防領(lǐng)域的一系列激動(dòng)人心的未來發(fā)展打開了大門。”

不要吃我，就檢查我

使用紅細(xì)胞作為藥物的輸送工具并不是一個(gè)新主意，但是絕大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)都瞄準(zhǔn)了肺部，因?yàn)樗鼈兠芗拿?xì)管網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致貨物在擠過細(xì)小的血管時(shí)從紅細(xì)胞中切出。Mitragotri的研究團(tuán)隊(duì)首先需要弄清楚如何使抗原足夠牢固地粘附在紅細(xì)胞上，以抵抗剪切并到達(dá)脾臟。

他們用卵清蛋白(一種已知會(huì)引起輕度免疫反應(yīng)的抗原蛋白)包被聚苯乙烯納米顆粒，然后將它們與小鼠紅細(xì)胞一起孵育。每個(gè)血細(xì)胞300個(gè)納米顆粒的比例導(dǎo)致與細(xì)胞結(jié)合的納米顆粒數(shù)量最多，當(dāng)細(xì)胞暴露于肺毛細(xì)血管中發(fā)現(xiàn)的剪切應(yīng)力時(shí)，納米顆粒的保留率約為80%，并且脂類分子的中等表達(dá)細(xì)胞膜上的磷脂酰絲氨酸(PS)。

“紅血球上高水平的PS本質(zhì)上是一個(gè)'吞噬我'的信號(hào)，當(dāng)它們受到壓力或損壞時(shí)會(huì)被脾臟消化，我們希望避免這種情況。我們希望降低PS的含量暫時(shí)向脾臟APC發(fā)出信號(hào)“檢查我”，然后APC將吸收紅細(xì)胞的抗原包被的納米顆粒，而細(xì)胞本身不會(huì)被破壞，” Mitragotri實(shí)驗(yàn)室的研究生，第一作者，第一作者Anvay Ukidve說。的紙。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究小組將涂有納米顆粒的紅細(xì)胞注入小鼠體內(nèi)，然后追蹤它們?cè)隗w內(nèi)的積累情況。注射后20分鐘，已經(jīng)從動(dòng)物血液中清除了超過99%的納米顆粒，并且脾臟中存在的納米顆粒多于肺部。脾臟中較高的納米顆粒積聚持續(xù)長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)，循環(huán)中的EDIT紅細(xì)胞數(shù)量保持不變，這表明紅細(xì)胞已成功地將其貨物轉(zhuǎn)運(yùn)至脾臟而沒有被破壞。

有效的無佐劑疫苗

在確認(rèn)他們的納米粒子已成功地體內(nèi)遞送至脾臟后，研究人員接下來評(píng)估了納米粒子表面上的抗原是否誘導(dǎo)了免疫反應(yīng)。每周一次給小鼠注射EDIT，持續(xù)三周，然后分析它們的脾細(xì)胞。與給予“游離”納米顆?；蛭唇?jīng)治療的小鼠相比，治療的小鼠顯示出的卵清蛋白抗原顯示的T細(xì)胞多出8倍和2.2倍。與其他兩組小鼠相比，接受EDIT處理的小鼠的血液中還產(chǎn)生了更多的針對(duì)卵白蛋白的抗體。

為了研究這些EDIT誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)是否可能預(yù)防或治療疾病，研究小組重復(fù)了對(duì)小鼠進(jìn)行為期三周的預(yù)防性EDIT注射，然后給它們接種了在其表面表達(dá)卵清蛋白的淋巴瘤細(xì)胞。與對(duì)照組和接受游離納米顆粒的組相比，接受EDIT的小鼠的腫瘤生長(zhǎng)慢約三倍，并且存活的癌細(xì)胞數(shù)量更少。這一結(jié)果顯著增加了在小鼠屈服于疾病之前可以治療腫瘤的時(shí)間范圍。

趙宗敏說：“ EDIT本質(zhì)上是一種無佐劑的疫苗平臺(tái)。今天的疫苗開發(fā)之所以需要這么長(zhǎng)時(shí)間，部分原因是與抗原一起遞送的外來佐劑必須經(jīng)過每種新疫苗的全面臨床安全性試驗(yàn)。” Mitragotri實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，該論文的共同第一作者。“紅細(xì)胞已經(jīng)被安全地輸給患者了多個(gè)世紀(jì)，它們?cè)鰪?qiáng)免疫反應(yīng)的能力可以使其成為外來佐劑的安全替代品，從而提高了疫苗的效力和疫苗生產(chǎn)的速度。”

該團(tuán)隊(duì)正在繼續(xù)努力，以準(zhǔn)確地理解脾臟APC如何產(chǎn)生針對(duì)EDIT抗原的免疫反應(yīng)，并計(jì)劃用卵清蛋白以外的其他抗原對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。他們希望利用這些額外的見識(shí)來推動(dòng)他們追求該技術(shù)的最佳臨床環(huán)境。

“人體是解決醫(yī)療問題的絕妙解決方案的寶庫(kù)，盡管醫(yī)學(xué)在理解這些機(jī)制方面已經(jīng)走了很長(zhǎng)一段路，但我們?nèi)蕴幱诶盟鼈儊砀纳迫祟悏勖透纳粕钯|(zhì)量的早期階段。這項(xiàng)研究是朝著這個(gè)目標(biāo)邁出的令人振奮的一步，并且可能極大地改變患者免疫反應(yīng)的調(diào)控方式。”懷斯研究所的創(chuàng)始主任唐納德·英格伯醫(yī)學(xué)博士，他也是猶大?？寺芸茖W(xué)教授哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院生物學(xué)專業(yè)，SEAS生物工程學(xué)教授。

該論文的其他作者包括Wyss Institute和SEAS的Vinu Krishnan，Daniel C. Pan，Yongsheng Gao和Abhirup Mandal;來自SEAS的Alexandra Fehnel和來自賓夕法尼亞大學(xué)Perelman醫(yī)學(xué)院的Vladimir Muzykantov。這項(xiàng)研究得到了哈佛大學(xué)Wyss研究所和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的資助，批準(zhǔn)號(hào)為1R01HL143806-01。