约翰霍普金斯大学的医学科学家表示，他们已经开发出一种纳米颗粒——一种极其微小的可生物降解的容器——它有可能改善基于信使核糖核酸(mRNA)的疫苗的递送，用于治疗COVID-19等传染病，以及治疗包括癌症在内的非传染性疾病的疫苗。
6月20日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的小鼠试验结果显示，这种可降解的、基于聚合物的纳米颗粒携带一种基于mrna的疫苗，当注射到小鼠的血液中时，能够到达脾脏，并以一种有针对性的方式激活某些抗癌免疫细胞。
研究人员还发现，与接受对照治疗的小鼠相比，注射约翰霍普金斯大学制造的纳米颗粒后，患黑色素瘤的小鼠存活时间延长了一倍，患结肠直肠癌的小鼠存活时间延长了一倍。
此外，科学家们发现，在整个小鼠中，大约一半的专门负责识别和摧毁不健康细胞(如感染病毒或癌症的细胞)的免疫细胞被激活，并准备识别特定的入侵癌细胞。
由脂质(一种脂肪酸)制成的纳米颗粒是mRNA COVID-19疫苗的基础。这种以脂质为基础的预防性疫苗通常被注射到肌肉中。
然而，虽然肌肉中含有许多能够表达mRNA的细胞，这些细胞可以导致抗体反应，但相对较少的树突状细胞是一种免疫细胞，它可以指导免疫系统的其余部分，特别是t细胞，寻找并摧毁癌细胞。科学家们或许能够通过增强疫苗携带mRNA指令到达树突状细胞的能力，来改进以癌症治疗为重点的疫苗。
事实证明，将基于脂质的疫苗注射到血液中很困难，因为疫苗往往会直接进入肝脏，在那里它们会被降解。
约翰霍普金斯大学医学院生物医学工程教授乔丹·格林博士说:“我们的目标是开发一种纳米颗粒，它不会直接被送到肝脏，而是能有效地教导免疫系统细胞寻找并摧毁适当的目标。”
Green解释说，为了制造更强的传染病和非传染病(如癌症)疫苗，需要纳米颗粒的mRNA含量到达、进入树突状细胞并在树突状细胞中表达。研究人员说，mRNA在树突状细胞中表达后，它很快就会被降解，由此产生的免疫细胞反应可以在mRNA和纳米颗粒消失很久之后持续更长的时间。
通常，科学家们通过将蛋白质附着在纳米颗粒上来完成这种细胞靶向，纳米颗粒就像锁和钥匙一样，与目标细胞的表面特异性结合。然而，在这种方法的实验室测试中，只有一小部分纳米颗粒到达了目标细胞，科学家们说，这种方法在制造上存在挑战。
格林和他的团队测试了各种材料，最终决定将所需的mRNA包裹在聚合物基容器中。聚合物是一组重复的小分子，它们形成一个紧密结合的链，形成一个更大的分子，它们可以被设计成在体内生物降解回小分子。格林的团队设计了纳米颗粒亲水分子和疏水分子的比例，这是使纳米颗粒更容易包裹mRNA并使其更容易进入目标细胞的关键。
然后，格林的团队使用二硫键使纳米颗粒在目标细胞内迅速降解。用于构建纳米颗粒的聚合物包含对特定组织类型具有亲和力的端盖分子。
最后，格林和他的团队在纳米颗粒中添加了一种“辅助剂”，也被称为佐剂。佐剂有助于激活树突细胞。
在实验室培养的细胞实验中，研究人员发现，他们开发的纳米颗粒结构被初级树突状细胞吸收的水平比mRNA本身高出约50倍。在小鼠实验中，纳米颗粒到达的脾脏中近80%的细胞是目标树突状细胞。
在一组实验中，研究人员使用带有基因工程免疫细胞的小鼠，如果打开纳米颗粒以显示其mRNA含量，它们就会发出红光。他们发现，脾脏中5%到6%的树突状细胞成功地吸收、打开并处理了纳米颗粒，与巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞和t细胞等其他免疫细胞相比，这种情况主要发生在树突状细胞中。
“免疫系统被设计成通过放大反应来工作，在那里树突状细胞教导其他免疫细胞在体内寻找什么，”格林说。
后来的实验表明，在两次注射新的纳米颗粒制剂和免疫治疗药物后，一半的结直肠癌小鼠长期存活，相比之下，使用其他纳米颗粒制剂和免疫治疗药物或单独使用免疫治疗药物治疗后，10%至30%的小鼠存活。
在长期存活的结直肠癌小鼠中，当研究人员给它们额外的结直肠癌细胞时，它们都没有额外的治疗，这表明长期的免疫反应阻止了癌症的复发。
研究人员还发现，在用这种新型纳米颗粒治疗21天后，小鼠体内60%的杀伤细胞t细胞被武装起来，能够识别并攻击结肠直肠细胞。同样，在患有黑色素瘤的老鼠身上，大约有一半的同种t细胞被准备好攻击黑色素瘤。
格林说:“纳米颗粒输送系统能够产生一群能够识别癌症相关抗原的t细胞。”
格林说:“这种新的纳米颗粒输送系统可能会改善传染病疫苗的接种方式，也可能为治疗癌症开辟一条新的途径。”
