四川大學華西醫(yī)院腫瘤生物治療研究室鞏長旸團隊于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）。
近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率呈不斷升高的趨勢，嚴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。隨著生命科學的發(fā)展和疾病機理的深入研究，基因治療已經(jīng)成為一種極具應用前景的治療手段?；蛑委熓侵笇⑼庠凑；?qū)氚屑毎约m正或補償細胞基因缺陷和異常，從而達到治療因缺陷和異?；蛩鸬募膊〉哪繕??；蛑委煹膬?yōu)勢在于，治療腫瘤針對性強，具有很高的靶向性，在殺傷腫瘤細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，基因載體負載基因形成的基因復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、生物學、醫(yī)學等學科的交叉融合大大促進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隊針對基因傳遞過程中的各個生物屏障，設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。該團隊首先合成了一系列能負載基因的材料PFs, 并通過預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比下有效負載基因形成納米級二元基因復合物PF33/pDNA。該基因復合物能迅速逃逸內(nèi)涵體-溶酶體系統(tǒng)，同時負載的基因能夠迅速進入細胞核進行轉(zhuǎn)錄。體外實驗中，PF33/pDNA基因復合物能有效轉(zhuǎn)染B16F10等多種細胞株，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，該基因復合物依然能保持高效的轉(zhuǎn)染效率。
另外，為了進一步提高PF33/pDNA二元基因復合物在體液中的穩(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合物以制備成表面帶負電荷的三元基因復合物RRPH/PF33/pDNA（RRPHC/pDNA）。RRPHC/pDNA能夠通過與腫瘤細胞表面的整合素αvβ3受體和CD44受體結(jié)合增加腫瘤細胞對基因復合物的攝取效率。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三元基因復合物納米粒。在體外細胞實驗中，該納米粒能夠顯著增加惡性黑色素瘤細胞株B16F10中TRAIL蛋白的表達，并引起顯著的細胞凋亡（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，降低腫瘤細胞增殖并增加其凋亡，進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。運用該載體負載治療基因進行腫瘤治療，能夠顯著抑制腫瘤的生長，而不引起機體的系統(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隊經(jīng)過長時間的摸索，結(jié)合分子生物學、化學生物學、材料學等多學科，對基因遞送系統(tǒng)進行巧妙的設計，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于基因遞送系統(tǒng)的全新設計和構(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用到更多腫瘤治療中。
錢志勇，博士，四川大學二級教授，四川大學華西醫(yī)院腫瘤生物研究室/生物治療國家重點實驗室教授、博士生導師，國家杰出青年基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領軍人才，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，擔任Materials Express、J Biomed Nanotechnol等學術(shù)期刊主編，擔任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中的應用進行了長期的研究，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)表于生物材料領域著名期刊Biomaterials（生物材料領域排名第一），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、表格等制作成詳細的補充材料。同時，該雜志的審稿專家可能較多，修改意見有時多達幾十條，修改文章時，需要逐條認真回答，并補充相關實驗數(shù)據(jù)。
通信作者
鞏長旸，四川大學華西醫(yī)院腫瘤生物治療研究室研究員，國家自然科學基金優(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)，在相關領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