北理工在核酸藥物輸運和腫瘤免疫治療方面取得重要研究進展

近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃淵余課題組在核酸藥物輸運和腫瘤免疫治療方面取得重要研究進展。該研究成果以《Rolling microneedle electrode array (RoMEA) empowered nucleic acid delivery and cancer immunotherapy》發(fā)表于納米科技與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊《Nano Today》（影響因子16.907）。該論文第一作者為北京理工大學(xué)生命學(xué)院/前沿交叉院博士研究生楊同仁和北京大學(xué)黃東博士，通訊作者為北京理工大學(xué)黃淵余研究員和北京大學(xué)李志宏教授。 基于小干擾RNA（siRNA）的核酸藥物近年來連續(xù)獲批上市，已成為引領(lǐng)第三次制藥浪潮的代表性技術(shù)。siRNA藥物開發(fā)的關(guān)鍵問題是如何實現(xiàn)高效富集與胞吞、快速抵達細胞質(zhì)、高效長效沉默靶基因表達，這個過程需要研究開發(fā)高效安全的藥物遞送技術(shù)。目前諸多遞送載體存在給藥效率低、安全性差、成本高、缺乏普適性等問題。

圖1 RoMEA示意圖及該研究思路 2018年，黃淵余課題組與李志宏課題組開展合作，提出并驗證了滾輪微針輔助柔性電穿孔芯片介導(dǎo)siRNA體內(nèi)透皮遞送的策略（Theranostics 2018; 8(9):2361-2376），該策略結(jié)合醫(yī)療美容領(lǐng)域的微針滾輪與柔性插指電極芯片（FIEA），首先利用微針滾輪在小鼠皮膚組織建立微孔道、形成液體微電極，接著使用柔性電穿孔芯片給予脈沖電場，促使核酸藥物分子透皮遞送。進一步，研究人員構(gòu)思將滾動式微針與電穿孔芯片“二合一”，設(shè)計了滾動式微針電極陣列（RoMEA，圖1），該器件的突出優(yōu)勢在于滾動的同時施加同步電場，可支持在不規(guī)則的活體組織表面進行大面積的活體組織電穿孔。同時，該器件具有侵入性小、操作方便、安全、制造成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。

圖2 RoMEA介導(dǎo)的體內(nèi)核酸遞送研究 研究人員通過RoMEA遞送表達紅色熒光蛋白(RFP)的質(zhì)粒或Cy5標記的siRNA，或抑制SCD1基因表達的siRNA，對RoMEA在體內(nèi)的核酸遞送的參數(shù)進行了探究（圖2）。結(jié)果顯示，當RoMEA所施加的電壓在30V-90V區(qū)間內(nèi)，RFP的蛋白都得到顯著的表達，并且在50V的電壓下RFP的蛋白表達強度達到峰值（圖2c）。并且當RoMEA所施加的電壓為50V時，顯著的提高了Cy5-siRNA在小鼠腿部及腫瘤內(nèi)的滯留時間（圖2d, e）。同樣，作者發(fā)現(xiàn)當RoMEA所施加的電壓為50V時siRNA有很好的基因抑制效率（圖2f, g）。在此條件下，電轉(zhuǎn)CpG2395（免疫佐劑）可以有效的刺激小鼠分泌IL-6與IFN-g（圖2h）。因此，RoMEA可以在50V的電壓下可以實現(xiàn)局部高效的核酸轉(zhuǎn)染效率。

圖3 RoMEA介導(dǎo)的B16-F10黑色素瘤的免疫治療 阻斷PD-L1/PD-1免疫檢查點通路是臨床治療中最具代表性的腫瘤免疫治療途徑。結(jié)合RoMEA的最優(yōu)參數(shù)，研究人員進一步選擇抑制PD-L1表達的siRNA（siPD-L1）和拮抗PD-1的單抗（PD-1 mAb）在B16-F10黑色素瘤小鼠模型進行研究（圖3a, b）。分別在腫瘤較?。?a href="http://ttokpm.com/analog/" target="_blank">模擬臨床早期腫瘤，圖3c-i）和腫瘤較大（模擬臨床中期腫瘤，圖3j-l）時開始治療。結(jié)果顯示，單獨使用siPD-L1或聯(lián)合PD-1 mAb，均能有效抑制腫瘤的生長，延長動物生存周期。同時，流式細胞術(shù)的結(jié)果顯示，腫瘤微環(huán)境中CD4+ T細胞、CD8+ T細胞數(shù)量顯著提升，證實了PD-L1/PD-1通路的機制和效果。 該工作設(shè)計的滾動式微針電極陣列（RoMEA）加工簡單、通用性強，為未來各種治療劑（不局限于核酸藥物）的應(yīng)用開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，展現(xiàn)了良好的實用前景。

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