用于鑒定可用于將治療性分子轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中的納米顆粒的體外和體內(nèi)篩選技術(shù)的第一次直接比較表明，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中進(jìn)行測試對于預(yù)測哪些納米顆粒將成功進(jìn)入活體動物細(xì)胞沒有太大幫助。

這項(xiàng)新研究證明了體內(nèi)DNA條形碼技術(shù)的優(yōu)勢，該技術(shù)將小片段的DNA附著到不同的脂質(zhì)納米粒子上，然后注入活體動物體內(nèi); 可以在單個動物中測試超過一百個納米顆粒。然后使用DNA測序技術(shù)鑒定哪些納米顆粒進(jìn)入特定器官的細(xì)胞，使得用于運(yùn)輸基因療法的候選顆粒用于治療諸如心臟病，癌癥和帕金森病的殺手。

用于鑒定有希望的納米顆粒的傳統(tǒng)技術(shù)檢查顆粒如何進(jìn)入保持在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中的活細(xì)胞。為了比較新舊篩選技術(shù)，研究人員將條形碼納米顆粒添加到實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中的活細(xì)胞中，并將相同的條形碼納米顆粒注入活體動物模型中。他們發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿測試中確定為有希望的納米顆粒與在小鼠中實(shí)際表現(xiàn)良好的納米顆粒之間幾乎沒有相關(guān)性。

佐治亞理工大學(xué)和埃默里大學(xué)Wallace H. Coulter生物醫(yī)學(xué)工程系的助理教授，該研究的首席研究員James Dahlman說：“DNA條形碼編碼有可能推動選擇納米顆粒用于提供基因治療的科學(xué)。” “使用這種技術(shù)，公司和學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室可以更有效地挑選出有前景的納米粒子。這可以加快基于納米粒子的療法進(jìn)入臨床的速度，同時減少所需的動物測試量。”

遺傳療法，例如由DNA或RNA制成的遺傳療法，由于難以將核酸遞送至正確的細(xì)胞而面臨挑戰(zhàn)。在過去的二十年中，科學(xué)家們一直在開發(fā)由多種材料制成的納米粒子，并添加膽固醇等化合物，以幫助將這些治療劑帶入細(xì)胞。但納米粒子載體的發(fā)展因測試它們的挑戰(zhàn)而放緩，首先是在細(xì)胞培養(yǎng)中鑒定有前途的納米粒子，后來在動物中。通過數(shù)百萬種可能的組合，確定針對每個器官的最佳納米粒子已經(jīng)勢不可擋。

使用僅長達(dá)58個核苷酸的DNA鏈來唯一地識別每個顆粒，研究人員可以完全跳過細(xì)胞培養(yǎng)篩選 - 并在少數(shù)動物中同時測試一百種或更多種不同類型的納米顆粒。

“如果你想以傳統(tǒng)的方式測試200顆納米粒子，你需要600只老鼠 - 每種類型的納米粒子需要3只，”Dahlman說。“使用DNA條形碼技術(shù)，我們稱之為納米粒子聯(lián)合快速DNA分析(JORDAN)，我們能夠在三只動物身上進(jìn)行測試。”

該研究檢查了納米顆粒進(jìn)入體外研究的內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，以及來自肺，心臟和骨髓的相同類型的細(xì)胞用于體內(nèi)組分。這兩種細(xì)胞類型對于體內(nèi)廣泛的器官系統(tǒng)很重要，并且可以作為核酸治療靶標(biāo)的疾病發(fā)揮積極作用。該研究比較了相同的281種脂質(zhì)納米粒子如何在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿和活體動物中提供條形碼。

“實(shí)驗(yàn)室測試和動物測試之間沒有預(yù)測能力，”達(dá)爾曼說。“如果體外試驗(yàn)是良好的預(yù)測因子，那么在培養(yǎng)皿中表現(xiàn)良好的顆粒在動物體內(nèi)也會表現(xiàn)良好，而且在培養(yǎng)皿中表現(xiàn)不佳的顆粒也會在動物體內(nèi)表現(xiàn)不佳。我們沒有看到一點(diǎn)都不。“

由共同第一作者Kalina Paunovska和Cory D. Sago領(lǐng)導(dǎo)的研究小組也研究了納米顆粒的輸送如何隨特定組織類型的微環(huán)境而變化。為此，他們量化了85個納米粒子如何將DNA條形碼傳遞給脾臟中的8個細(xì)胞群，并發(fā)現(xiàn)源自骨髓祖細(xì)胞的細(xì)胞類型傾向于被類似的納米粒子靶向。

研究人員不僅對哪種納米粒子最有效地提供治療方法感興趣，而且還能夠選擇性地將它們輸送到特定器官。例如，靶向腫瘤的治療劑應(yīng)該僅遞送至腫瘤而不是周圍組織。心臟病的治療劑同樣應(yīng)該選擇性地積聚在心臟中。

在該技術(shù)中使用的單鏈DNA條形碼序列與開發(fā)用于可能的治療用途的反義寡核苷酸，微小RNA和siRNA大小相同。其他基于基因的治療方法較大，需要進(jìn)一步研究以確定該技術(shù)是否可以與它們一起使用。

一旦通過篩選鑒定出有希望的納米顆粒，就將對它們進(jìn)行額外的測試以驗(yàn)證它們遞送治療劑的能力。為了避免納米粒子合并的可能性，只有在水性環(huán)境中穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)才能用這種技術(shù)進(jìn)行測試。只能篩選無毒納米顆粒，研究人員必須控制插入DNA產(chǎn)生的潛在炎癥。

“核酸療法對治療一系列嚴(yán)重疾病具有相當(dāng)大的希望，”達(dá)爾曼說。“我們希望這種技術(shù)將在該領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并最終使這些藥物如何影響細(xì)胞更清晰 - 以及我們?nèi)绾螌⑺鼈儙У襟w內(nèi)的正確位置。”