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Nature Biomedical Engineering:吉大滕乐生团队及合作者开发新型细胞纳米穿孔技术大规模制备功能性外泌体
院办 发布时间:2020-01-18 12:46  点击:420


118日,《Nature Biomedical Engineering》杂志以封面文章形式刊登了吉林大学生命科学学院滕乐生教授与美国俄亥俄州立大学L. James Lee教授、德州大学安德森癌症中心Betty Y. S. Kim教授合作论文《Large-scale generation of functional mRNA encapsulating exosomes via cellular nanoporation》(Nature Biomedical Engineering469-83:(2020))(图1

 

1论文首页

外泌体是从活细胞中分泌的纳米级囊泡,能够在细胞间传递蛋白质、mRNAmiRNA等遗传信息。基于外泌体天然的结构和功能特征,其具有天然的靶向性,同时又不会引起促炎反应和免疫反应,因此成为药物递送的理想选择。但是从细胞中分离的外泌体产量少、mRNA的装载效率低以及递送效率差仍然是现阶段研究中亟待解决的问题【12】。本文成功开发了一种细胞纳米穿孔技术(Cellular nanoporationCNP),使用光刻蚀和深反应离子刻蚀相结合的工艺,制成了含纳米孔道的生物芯片,加载瞬时电脉冲后,质粒从缓冲液穿梭到附着在生物芯片的细胞中,以刺激细胞产生和释放外泌体,同时增加内源性mRNA的转录;以此为基础对外泌体进行载药及修饰,修饰后的外泌体在小鼠脑胶质瘤体内、外治疗中均取得较好效果。(图2)。

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CNP法制备功能性外泌体及其在脑胶质瘤中的应用流程图

实验结果显示,与传统的电转法相比,CNP产生的外泌体数量多出50倍以上,外泌体中mRNA转录效率增加了1000倍,在提高产量的同时大大简化了功能性外泌体的产生过程。进一步的研究表明,外泌体产量及转录效率提高的细胞机制比较独特,是通过CNP技术造成的局灶性细胞膜损伤和局部加热导致HSPs上调和细胞内Ca2+升高【34】,进而激活了P53-TSAP6途径【5-8】,导致大量细胞内囊泡的形成,促进外泌体产生和分泌(图3)。

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CNP法促进外泌体产生和分泌示意图

在此基础上,团队对外泌体进行功能化修饰,通过在外泌体表面表达的跨膜蛋白CD47N端(膜外侧)克隆靶向神经胶质瘤的肽(FKESWREARGTRIERGCREKA)来提高外泌体在U87GL261胶质瘤细胞的靶向性。基于CNP技术将PTENCDX(克隆靶向肽的CD47)两种质粒转入胶质瘤细胞后得到大量具有靶向性的功能性外泌体(Exo-T),在体外具有增强的细胞摄取以及上调了PTEN蛋白的表达。Exo-TU87胶质瘤免疫缺陷小鼠模型和具有免疫能力的GL261胶质瘤模型中都具有很好的治疗效果(图4)。

 

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4 功能性外泌体在脑胶质瘤小鼠治疗中的应用

总体来说,本研究开发了一种新的细胞纳米穿孔技术,利用生物芯片促使细胞大量分泌外泌体,并且简化了外泌体装载内源转录mRNA的方法,一系列研究为外泌体在药物递送方面的应用提供了新的思路及方法,具有理论意义和应用价值。瑞典卡罗莱纳研究所 Andaloussi教授为本文撰写的点评文章《Functional Extracellular Vesicles Aplenty》也发表在同期杂志上。(图5

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5 点评文章

滕乐生教授致力于生物制药领域的研究与开发,主要从事药物新制剂的应用基础研究、技术研发发及产品转化应用等方面的的探究,2019年还以联系人身份在Nano letters Theranostics等国际一流期刊上发表论文。


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