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科技前沿：納米芯片重編程皮膚細胞
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科技前沿：納米芯片重編程皮膚細胞
圖片來源：pixabay
將某種細胞轉化或者“重編程”成其他類型細胞的能力，已經為再生受損肢體和器官帶來了希望。但是現有的方法不是風險高就是效率低，並且僅在動物身上進行過試驗。一項新技術或許可以克服這些障礙。研究人員已經使用這項技術治愈了小鼠受傷的腿，並聲稱該技術足夠安全，可以開展人體試驗。
DNA、RNA以及蛋白質的混合物，常常可以用來對細胞進行重編程。最流行的方法是使用病毒作為傳送載體，但是病毒會感染非目標細胞，引發免疫反應，甚至引起細胞癌變。一種替代的方法是批量電穿孔（bulk electroporation），即將細胞暴露在電場中，使細胞膜出現小孔，從而允許遺傳物質和蛋白質進入細胞。然而，這種方法也可能會傷害或殺死細胞，並且隻有一小部分細胞可以轉化為目標細胞。
圖片來源：pixabay
發表在《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）的一項研究介紹了一種稱為“組織納米轉染”（Tissue nanotransfection）的技術，其使用的納米芯片中包含許多微小的通道，可以將電場施加到單個細胞上。“與會破壞整個細胞的傳統方法相比，這個方法隻會影響細胞表麵的一小部分區域，”論文作者之一、俄亥俄州立大學化學與生物分子工程師李利（L. James Lee）說，“實際上，我們隻在細胞膜上製造了一個小孔，同時將DNA直接注入細胞，因此我們可以控製注射的劑量。”
圖片來源：pixabay
俄亥俄州立大學的生理學家昌丹·森（Chandan Sen）和同事研發了一種遺傳物質的混合物，可以迅速將皮膚細胞轉化成內皮細胞。隨後，他們將這種技術應用到由於動脈切斷導致大腿血液供應受阻的小鼠身上。實驗的結果是，隨著新血管的形成，血流量增加，並且在三周之後，小鼠的大腿完全恢複。
此外，研究人員還發現，轉化後的細胞似乎會在胞外囊泡（EV）中分泌重編程物質，影響更深層的組織。他們從已接受治療的小鼠的皮膚中提取EV，注射到其他小鼠體內，效果與直接使用芯片一樣。研究人員還將小鼠的皮膚細胞轉化成類神經元細胞，並植入由於中風而受損的小鼠大腦，增強它們的腦功能。“從驗證性試驗來看，這個方法非常好，”德國美因茨大學的神經生物學家貝內迪克特·伯寧格（Benedikt Berninger，未參與此項研究）說，“一個重要的問題是，我們是否能夠讓胞外囊泡僅僅轉化特定的細胞？”
研究人員希望，在一年內開展人體試驗。“考慮到這項研究的潛力，”昌丹·森說，“人體試驗將具有革命性意義。”
撰文：西蒙·梅金（Simon Makin）
翻譯：季韜
文章來源：環球科學
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將某種細胞轉化或者“重編程”成其他類型細胞的能力，已經為再生受損肢體和器官帶來了希望。但是現有的方法不是風險高就是效率低，並且僅在動物身上進行過試驗。一項新技術或許可以克服這些障礙。研究人員已經使用這項技術治愈了小鼠受傷的腿，並聲稱該技術足夠安全，可以開展人體試驗。
DNA、RNA以及蛋白質的混合物，常常可以用來對細胞進行重編程。最流行的方法是使用病毒作為傳送載體，但是病毒會感染非目標細胞，引發免疫反應，甚至引起細胞癌變。一種替代的方法是批量電穿孔（bulk electroporation），即將細胞暴露在電場中，使細胞膜出現小孔，從而允許遺傳物質和蛋白質進入細胞。然而，這種方法也可能會傷害或殺死細胞，並且隻有一小部分細胞可以轉化為目標細胞。
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發表在《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）的一項研究介紹了一種稱為“組織納米轉染”（Tissue nanotransfection）的技術，其使用的納米芯片中包含許多微小的通道，可以將電場施加到單個細胞上。“與會破壞整個細胞的傳統方法相比，這個方法隻會影響細胞表麵的一小部分區域，”論文作者之一、俄亥俄州立大學化學與生物分子工程師李利（L. James Lee）說，“實際上，我們隻在細胞膜上製造了一個小孔，同時將DNA直接注入細胞，因此我們可以控製注射的劑量。”
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俄亥俄州立大學的生理學家昌丹·森（Chandan Sen）和同事研發了一種遺傳物質的混合物，可以迅速將皮膚細胞轉化成內皮細胞。隨後，他們將這種技術應用到由於動脈切斷導致大腿血液供應受阻的小鼠身上。實驗的結果是，隨著新血管的形成，血流量增加，並且在三周之後，小鼠的大腿完全恢複。
此外，研究人員還發現，轉化後的細胞似乎會在胞外囊泡（EV）中分泌重編程物質，影響更深層的組織。他們從已接受治療的小鼠的皮膚中提取EV，注射到其他小鼠體內，效果與直接使用芯片一樣。研究人員還將小鼠的皮膚細胞轉化成類神經元細胞，並植入由於中風而受損的小鼠大腦，增強它們的腦功能。“從驗證性試驗來看，這個方法非常好，”德國美因茨大學的神經生物學家貝內迪克特·伯寧格（Benedikt Berninger，未參與此項研究）說，“一個重要的問題是，我們是否能夠讓胞外囊泡僅僅轉化特定的細胞？”
研究人員希望，在一年內開展人體試驗。“考慮到這項研究的潛力，”昌丹·森說，“人體試驗將具有革命性意義。”
撰文：西蒙·梅金（Simon Makin）
翻譯：季韜
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