《Science》MIT、哈佛測試35種奈米顆粒、500種癌細胞 突破癌症疫苗遞送障礙

日期2022-07-27
《Science》MIT、哈佛測試35種奈米顆粒、500種癌細胞 突破癌症疫苗遞送障礙
美國時間22日,美國麻省理工學院與哈佛大學共同成立布洛德研究所(Broad Institute of MIT and Harvard)的研究人員,運用35種不同種類的奈米顆粒與近500種癌細胞的交互作用進行分析,發現癌細胞中的SLC46A3蛋白以及奈米顆粒核心的材質,是影響癌細胞吸收奈米顆粒的關鍵。該研究有望克服開發奈米顆粒抗癌藥物的遞送障礙,發展可靶向特定癌症類型的奈米顆粒療法。該研究發表於《Science》。
 
此項研究是麻省理工學院教授、化學工程系主任Paula T. Hammond的實驗室進行,Hammond是化學工程系中,第一個成為主任的女性非裔,該實驗室在先前就已開發出多種類型的奈米顆粒,可將藥物遞送至細胞中。
 
在先前研究指出,不同類型的癌細胞對於相同的奈米顆粒具有不同的反應,在卵巢癌與腦癌研究中都發現這個現象,研究人員認為細胞之間的生物學差異可能是導致奈米顆粒反應不同的關鍵,因此,便決定進行這一大規模的研究。
 
研究人員利用布洛德研究所開發出的PRISM (profiling relative inhibition simultaneously in mixtures)測試平台來篩選癌細胞與奈米顆粒的相互作用反應。該平台是一種用於篩查多重癌細胞株活性的技術,可以同時將數百種癌細胞株DNA片段與多種藥物進行分析運算,以釐清和預測各藥物的抗癌機制。
 
研究人員表示,不過我們並不是利用該平台檢測藥物與癌細胞的相互作用,而是研究哪些癌細胞的基因型特徵會吸收多少奈米顆粒。
 
研究人員使用了來自22個不同組織的488個癌細胞株,每個類型的細胞株都擁有獨特的DNA序列條碼;而在奈米顆粒方面,研究人員創造了35個奈米顆粒,根據不同類別,該顆粒核心可能是由脂質體、聚乳酸甘醇酸(PLGA)或聚苯乙烯(polystyrene)聚合物組成,外層則用聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)、抗體和多醣等聚合物包裹核心,作為靶向目標物或保護核心的工具。
 
每一次測試,會在數百種癌細胞中放置一類奈米顆粒,每個奈米顆粒都有螢光標記,隨後在實驗開始4小時和24小時,根據螢光標記量來分離細胞種類,並檢測癌細胞株與奈米顆粒的親和性。
 
透過該實驗,研究人員分析發現了數千個與不同類型奈米顆粒親和力相關的生物標記,例如,一種名為SLC46A3的溶酶體轉運蛋白(lysosomal transporter),在研究中發現,癌細胞株若有高含量的SLC46A3蛋白,則對於脂質體核心的奈米顆粒吸收率極低,在黑色素瘤小鼠模型中,也發現同樣的關聯性。
 
因此,SLC46A3蛋白質可作為未來醫師辨別患者是否適合使用脂質體奈米顆粒療法的生物標記,也可以透過提前調節腫瘤細胞SLC46A3的表現量,來提升奈米顆粒的吸收程度。
 
研究人員也發現奈米顆粒的核心是決定細胞吸收效率的關鍵,這與過去的認知完全不同,以往因為奈米顆粒的表面會最先與細胞接觸,大家曾認為表面材料是影響細胞吸收過程的主因。此外,奈米顆粒的核心組成也決定了剛度(rigidity)以及變形能力,也影響了癌細胞株吸收奈米顆粒的過程。
 
參考資料:https://www.eurekalert.org/news-releases/959222
 
論文:DOI:10.1126/science.abm5551

(編譯/李林璦)