助力再生医学向前一步 西交利物浦大学研究人员发现向干细胞递送粒子的新方法

来源：西交利物浦大学官网，2023-7-6

近日，一项由西交利物浦大学西浦慧湖药学院阮刚博士领衔的研究发现了一种将纳米粒子递送入干细胞的新方法。该研究成果让控制干细胞分化、提高干细胞定向分化效率变得更为容易，助力再生医学的发展。

该研究获国际纳米技术领域顶级期刊——美国化学学会《纳米快报》（Nano Letters）刊登，并被评选为补充封面。

论文的通讯作者阮博士表示：“我们研究出的新方法有望能更快、更有效地将遗传信息递送给干细胞，从而控制干细胞分化。”

再生医学利用了人体干细胞能分化为其他类型细胞的特性，这些细胞则对人体组织和器官的再生至关重要。若能将干细胞的这一潜力加以利用，就能为许多疾病提供有前景的治疗方法。

为了控制干细胞分化后的细胞种类，科学家需要将遗传信息插入干细胞的细胞核，重新编辑细胞基因，就像列车员通过调整轨道来改变火车的方向一样。

然而，和人类的皮肤一样，干细胞具有强大的保护机制，阻止外来物质进入。因此，如何将遗传信息递送进干细胞，控制干细胞的分化，长久以来一直困扰着学界。

该研究团队用大鼠干细胞进行实验，经过不懈努力，最终发现了一种突破干细胞保护屏障的方法。

西交利物浦大学西浦慧湖药学院的温晓薇博士也是该研究的通讯作者，她补充道：“用这种新方法控制干细胞分化，意味着我们可以减少细胞浪费，用更少的细胞实现组织、器官的修复和再生，从而提高干细胞疗法的效率。”

“使用干细胞而非数量有限的捐赠器官，还能降低治疗成本，并提高患者的生存质量。”

突破重重障碍

此前一项研究中，团队发现，纳米粒子会被困在气泡状的囊泡中，无法进入干细胞，但当时并不清楚原因。

为了攻克干细胞递送屏障，团队着手研究如何促进纳米粒子从囊泡中逃逸出来。纳米粒子如带上遗传信息，就能控制干细胞向其他细胞定向分化。

“我们尝试了许多对其他种类细胞有效的方法，但大部分都不幸失败了。”阮博士说。

“最终我们发现，将纳米粒子包覆在一种聚合物中，能帮助它们进入干细胞。”

“与未被包覆的纳米粒子不同，包覆聚合物的不会被困在囊泡中，而且似乎可以完全绕过囊泡，更直接地进入干细胞。”

“我们当时其实并没预料到这种方法会成功。”

目前尚不清楚这种聚合物起作用的原理，但这一发现能提升向干细胞递送遗传信息的有效性，从而使控制干细胞分化更容易。

然而研究团队也认识到，把这种方法用到临床上还有相当一段路要走。

阮博士说：“我们不仅需要进一步优化递送过程，还要精确控制递送时间。”

“但无论如何，这都是我们朝正确方向迈出的一大步。”

巧用干细胞

温博士解释了如何用这项新技术来发挥干细胞的潜力。

“我们体内的干细胞数量随着衰老而急剧减少，为了利用干细胞能再生受损组织和器官的潜力，我们需要将它们植入人体。”

“然而，干细胞一般在移植入人体后的一周内就会死亡，但分化成其他类型的细胞却需要大约四周的时间。”

“在实验室环境下，我们可以体外培养干细胞分化为其他细胞。用我们发现的新方法，将携带有特定遗传信息的纳米粒子递送到干细胞中，使其分化成特定类型的细胞，一旦干细胞分化成目标细胞类型，我们就把它们放入体内受损组织处，这样它们就能帮助修复组织。”

 “破坏”带来发现

尽管“包覆后的纳米粒子更容易进入干细胞”这一发现有助于解决递送问题，但为什么干细胞如此难以进入的根本问题仍然存在。

因此，团队研究了干细胞周围的保护屏障——细胞膜，希望找出是什么让干细胞难以穿入。

团队成员从六只大鼠身上采集了干细胞样本，并用一种叫超声波发生器（类似迷你风钻）的装置进行破坏，然后测量细胞的损伤程度。

他们发现，与其他容易递送遗传信息的细胞相比，干细胞膜更难打破。

“进行超声处理时，干细胞膜似乎更坚固。初步研究结果还表明，干细胞膜中含有更多的胆固醇。”阮博士说。

“就像胆固醇过高会引发血管硬化一样，细胞膜也因此更坚固，这可能是纳米粒子难穿过干细胞膜的原因，当然还需要进一步的研究证实。”

虽然研究仍处于早期阶段，但加深对干细胞特性的理解，有助于用包覆的纳米粒子向干细胞递送遗传信息，从而优化干细胞疗法。

（记者：Catherine Diamond  翻译：韩香音  中文编辑：张蔚）