四川大學(xué)華西醫(yī)院腫瘤生物治療研究室鞏長旸團(tuán)隊于2016年12月在Biomaterials發(fā)表文章“Multifunctional “core-shell” nanoparticles-based gene delivery for treatment of aggressive melanoma”（影響因子10.273）（文章原文鏈接點擊文后二維碼，即可到達(dá)）。
近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率呈不斷升高的趨勢，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康。惡性腫瘤的治療已經(jīng)成為了世界性的公共衛(wèi)生難題。隨著生命科學(xué)的發(fā)展和疾病機(jī)理的深入研究，基因治療已經(jīng)成為一種極具應(yīng)用前景的治療手段。基因治療是指將外源正?；?qū)氚屑?xì)胞，以糾正或補(bǔ)償細(xì)胞基因缺陷和異常，從而達(dá)到治療因缺陷和異?；蛩鸬募膊〉哪繕?biāo)?；蛑委煹膬?yōu)勢在于，治療腫瘤針對性強(qiáng)，具有很高的靶向性，在殺傷腫瘤細(xì)胞時對正常組織損傷小，副作用少，是未來惡性腫瘤治療中最具前景、最有效的治療策略之一?；蜻f送系統(tǒng)是基因治療的重要組成部分，基因載體負(fù)載基因形成的基因復(fù)合物需要克服諸多生物屏障才能實現(xiàn)體內(nèi)的靶向高效傳遞。近年來，化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的交叉融合大大促進(jìn)了非病毒基因載體材料的發(fā)展。構(gòu)建新型高效安全的非病毒基因載體是目前基因治療領(lǐng)域的研究熱點。
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華西醫(yī)院腫瘤生物治療研究室鞏長旸團(tuán)隊針對基因傳遞過程中的各個生物屏障，設(shè)計了一種多功能靶向非病毒基因載體（RRPHC），并將其用于黑色素瘤的靶向基因治療。該團(tuán)隊首先合成了一系列能負(fù)載基因的材料PFs, 并通過預(yù)實驗選取出了其中一種優(yōu)良的材料PF33。該材料能在較低N/P比下有效負(fù)載基因形成納米級二元基因復(fù)合物PF33/pDNA。該基因復(fù)合物能迅速逃逸內(nèi)涵體-溶酶體系統(tǒng)，同時負(fù)載的基因能夠迅速進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。體外實驗中，PF33/pDNA基因復(fù)合物能有效轉(zhuǎn)染B16F10等多種細(xì)胞株，其基因轉(zhuǎn)染效率均超過90%，明顯優(yōu)于常用的商業(yè)化轉(zhuǎn)染試劑，如PEI 25K，Lipofectamine 2000及Lipofectamine 3000。更重要的是，PF33/pDNA基因復(fù)合物轉(zhuǎn)染效率并不受轉(zhuǎn)染時培養(yǎng)基中的血清影響，即使在含30%血清的培養(yǎng)基中，該基因復(fù)合物依然能保持高效的轉(zhuǎn)染效率。
另外，為了進(jìn)一步提高PF33/pDNA二元基因復(fù)合物在體液中的穩(wěn)定性并同時增加靶向性，合成了多功能材料RGD-R8-PEG2000-HA（RRPH），并將其用于包裹上述二元基因復(fù)合物以制備成表面帶負(fù)電荷的三元基因復(fù)合物RRPH/PF33/pDNA（RRPHC/pDNA）。RRPHC/pDNA能夠通過與腫瘤細(xì)胞表面的整合素αvβ3受體和CD44受體結(jié)合增加腫瘤細(xì)胞對基因復(fù)合物的攝取效率。同時，該三元體系很好地維持了PF33/pDNA二元基因復(fù)合物優(yōu)良的內(nèi)涵體-溶酶體逃逸能力以及高效的基因轉(zhuǎn)染效率。
接下來，采用PF33、RRPH與mTRAIL一起構(gòu)建了能夠靶向黑色素瘤的RRPHC/mTRAIL三元基因復(fù)合物納米粒。在體外細(xì)胞實驗中，該納米粒能夠顯著增加惡性黑色素瘤細(xì)胞株B16F10中TRAIL蛋白的表達(dá)，并引起顯著的細(xì)胞凋亡（圖1）。在惡性黑色素瘤皮下瘤模型中，靜脈注射RRPHC/mTRAIL納米粒能夠顯著增加惡性黑色素瘤組織中TRAIL蛋白的表達(dá)，降低腫瘤細(xì)胞增殖并增加其凋亡，進(jìn)而顯著抑制腫瘤的生長。
綜上所述，該研究成功構(gòu)建了具有多重靶向功能的新型非病毒基因載體RRPHC，體內(nèi)外實驗表明該載體具有廣譜高效的基因轉(zhuǎn)染效率以及優(yōu)良的腫瘤靶向性。運用該載體負(fù)載治療基因進(jìn)行腫瘤治療，能夠顯著抑制腫瘤的生長，而不引起機(jī)體的系統(tǒng)毒性。因此，非病毒基因載體RRPHC有望開發(fā)成為新一代的基因治療傳遞系統(tǒng)。
圖1 RRPHC多功能“核-殼”結(jié)構(gòu)納米基因遞送系統(tǒng)攜載mTRAIL基因在體內(nèi)治療惡性黑色素瘤示意圖
專家點評
錢志勇教授：基因治療的瓶頸之一是其遞送系統(tǒng)，理想的基因遞送系統(tǒng)應(yīng)該具有高效轉(zhuǎn)染、低毒性、較好的血清耐受性、易于制備等優(yōu)點。華西醫(yī)院腫瘤生物治療研究室鞏長旸研究員團(tuán)隊經(jīng)過長時間的摸索，結(jié)合分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科，對基因遞送系統(tǒng)進(jìn)行巧妙的設(shè)計，氟化修飾的PEI內(nèi)核具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)染性能，多功能化修飾的外殼，增加了遞送系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和腫瘤靶向性。此外，該基因遞送系統(tǒng)具有較高的血清耐受性，在30%血清條件下，保持了較高的轉(zhuǎn)染效率，非常適用于靜脈給藥。這項研究給我們帶來了關(guān)于基因遞送系統(tǒng)的全新設(shè)計和構(gòu)建策略，為惡性黑色素瘤的基因治療載體提供了潛在的新選擇。目前在臨床上，考慮到遞送系統(tǒng)在基因治療中的重要意義，我們期待這項研究能夠應(yīng)用到更多腫瘤治療中。
錢志勇，博士，四川大學(xué)二級教授，四川大學(xué)華西醫(yī)院腫瘤生物研究室/生物治療國家重點實驗室教授、博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，中國醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會納米生物技術(shù)分會主任委員，擔(dān)任Materials Express、J Biomed Nanotechnol等學(xué)術(shù)期刊主編，擔(dān)任Chinese Chemical Letters、J Biological Engineering副主編。在納米生物材料的構(gòu)建及其在腫瘤治療和組織修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行了長期的研究，目前已經(jīng)在Chem Soc Rev、Adv Function Mater、Adv Sci、ACS Nano、Nano Lett、Biomaterials等學(xué)術(shù)期刊以通訊作者身份發(fā)表SCI論文100余篇。
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作者投稿心得
本文發(fā)表于生物材料領(lǐng)域著名期刊Biomaterials（生物材料領(lǐng)域排名第一），該期刊對論文的創(chuàng)新性和實驗完整性（工作量）有較高的要求，同時對論文的語言和格式的要求也非常嚴(yán)格。由于論文工作量較大，同時雜志要求正文中最多只能有8張圖片，所以建議將其他圖片、表格等制作成詳細(xì)的補(bǔ)充材料。同時，該雜志的審稿專家可能較多，修改意見有時多達(dá)幾十條，修改文章時，需要逐條認(rèn)真回答，并補(bǔ)充相關(guān)實驗數(shù)據(jù)。
通信作者
鞏長旸，四川大學(xué)華西醫(yī)院腫瘤生物治療研究室研究員，國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者，入選中組部“萬人計劃”青年拔尖人才支持計劃。主要研究領(lǐng)域為針對腫瘤治療的新型自組裝基因、疫苗和藥物遞送系統(tǒng)，在相關(guān)領(lǐng)域以通訊或第一作者發(fā)表SCI論文80余篇。
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本文編輯：張 敏
本文排版：陳紅梅 張洪雪