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          Nature Biomedical Engineering:吉大滕樂生團隊及合作者開發新型細胞納米穿孔技術大規模制備功能性外泌體
          院辦 發布時間:2020-01-18 12:46  點擊:


          118日,《Nature Biomedical Engineering》雜志以封面文章形式刊登了吉林大學生命科學學院滕樂生教授與美國俄亥俄州立大學L. James Lee教授、德州大學安德森癌癥中心Betty Y. S. Kim教授合作論文《Large-scale generation of functional mRNA encapsulating exosomes via cellular nanoporation》(Nature Biomedical Engineering,4,69-83:(2020))(圖1

           

          1論文首頁

          外泌體是從活細胞中分泌的納米級囊泡,能夠在細胞間傳遞蛋白質、mRNA、miRNA等遺傳信息?;谕饷隗w天然的結構和功能特征,其具有天然的靶向性,同時又不會引起促炎反應和免疫反應,因此成為藥物遞送的理想選擇。但是從細胞中分離的外泌體產量少、mRNA的裝載效率低以及遞送效率差仍然是現階段研究中亟待解決的問題【1,2】。本文成功開發了一種細胞納米穿孔技術(Cellular nanoporation,CNP),使用光刻蝕和深反應離子刻蝕相結合的工藝,制成了含納米孔道的生物芯片,加載瞬時電脈沖后,質粒從緩沖液穿梭到附著在生物芯片的細胞中,以刺激細胞產生和釋放外泌體,同時增加內源性mRNA的轉錄;以此為基礎對外泌體進行載藥及修飾,修飾后的外泌體在小鼠腦膠質瘤體內、外治療中均取得較好效果。(圖2)。

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          CNP法制備功能性外泌體及其在腦膠質瘤中的應用流程圖

          實驗結果顯示,與傳統的電轉法相比,CNP產生的外泌體數量多出50倍以上,外泌體中mRNA轉錄效率增加了1000倍,在提高產量的同時大大簡化了功能性外泌體的產生過程。進一步的研究表明,外泌體產量及轉錄效率提高的細胞機制比較獨特,是通過CNP技術造成的局灶性細胞膜損傷和局部加熱導致HSPs上調和細胞內Ca2+升高【3,4】,進而激活了P53-TSAP6途徑【5-8】,導致大量細胞內囊泡的形成,促進外泌體產生和分泌(圖3)。

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          CNP法促進外泌體產生和分泌示意圖

          在此基礎上,團隊對外泌體進行功能化修飾,通過在外泌體表面表達的跨膜蛋白CD47N端(膜外側)克隆靶向神經膠質瘤的肽(FKESWREARGTRIERGCREKA)來提高外泌體在U87GL261膠質瘤細胞的靶向性?;?/span>CNP技術將PTENCDX(克隆靶向肽的CD47)兩種質粒轉入膠質瘤細胞后得到大量具有靶向性的功能性外泌體(Exo-T),在體外具有增強的細胞攝取以及上調了PTEN蛋白的表達。Exo-TU87膠質瘤免疫缺陷小鼠模型和具有免疫能力的GL261膠質瘤模型中都具有很好的治療效果(圖4)。

           

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          4 功能性外泌體在腦膠質瘤小鼠治療中的應用

          總體來說,本研究開發了一種新的細胞納米穿孔技術,利用生物芯片促使細胞大量分泌外泌體,并且簡化了外泌體裝載內源轉錄mRNA的方法,一系列研究為外泌體在藥物遞送方面的應用提供了新的思路及方法,具有理論意義和應用價值。瑞典卡羅萊納研究所 Andaloussi教授為本文撰寫的點評文章《Functional Extracellular Vesicles Aplenty》也發表在同期雜志上。(圖5

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          5 點評文章

          滕樂生教授致力于生物制藥領域的研究與開發,主要從事藥物新制劑的應用基礎研究、技術研發發及產品轉化應用等方面的的探究,2019年還以聯系人身份在Nano letters ,Theranostics等國際一流期刊上發表論文。


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