根特大學(Ghent University)的Kevin Braeckmans教授在過去的10年裏專(zhuan) 注於(yu) 用光熱納米纖維安全工程治療細胞的方法。我們(men) 從(cong) 《Nature Nanotechnology》上可以了解這些生物相容的光熱納米纖維是如何開發的，以及在激光照射下，與(yu) 這些納米纖維親(qin) 密接觸的細胞是如何被“穿透”的，並可以用各種效應分子轉染，包括CRISPR/Cas9核糖核蛋白複合物和siRNA。

細胞療法（Cell-based therapies）是一種較新的治療形式，通過向患者體(ti) 內(nei) 注射轉基因細胞來預防或治療疾病。一個(ge) 眾(zhong) 所周知的例子是癌症患者自身的免疫細胞，這些細胞可以在實驗室環境中分離、遺傳(chuan) 修飾和擴增，然後再次注入患者體(ti) 內(nei) 以攻擊腫瘤細胞。

示意圖 來源: DOI: 10.1038/s41565-021-00976-3

細胞的遺傳(chuan) 修飾依賴於(yu) 細胞內(nei) 遞送技術，這種技術通常效率不高，同時對細胞的健康和功能影響最小。在這方麵，納米粒子敏化光穿孔技術優(you) 勢明顯、應用前景，因為(wei) 這種技術通常具備高效率、高通量和低毒性。該技術基於(yu) 金納米粒子(gold nanoparticles，G-NPs)等光響應納米粒子的使用，比如金納米粒子可以在脈衝(chong) 激光照射下形成爆炸性納米氣泡，這些微小的爆炸可以在細胞膜上誘導小孔，讓細胞介質中補充的外部效應分子進入細胞。

然而，納米粒子敏化光技術向臨(lin) 床應用的轉化受到細胞與(yu) (不可降解的)納米粒子接觸這一事實的阻礙，引起了毒理學和醫療監管相關(guan) 方麵的擔憂。因此，需要一種新的方法來保持納米粒子敏化光穿孔的優(you) 點，同時避免納米粒子和細胞的直接接觸。

Braeckmans教授和他的團隊將光熱氧化鐵納米粒子(iron-oxide nanoparticles,IONPs)嵌入到通過靜電紡絲(si) 生產(chan) 的生物相容性聚合物納米纖維中。聚己內(nei) 酯(Polycaprolacton,PCL)是一種生物相容性聚合物，廣泛應用於(yu) 生物醫學領域，而離子聚合物具有成本效益，並且具有寬的光吸收光譜。

他們(men) 表明，在納秒激光脈衝(chong) 照射下，貼壁細胞和懸浮細胞都可以安全有效地轉染一係列大分子。通過電感耦合等離子體(ti) -串聯質譜(ICP-MS/MS)進行元素分析，他們(men) 證實了離子聚合物在激光照射後仍然安全地嵌入納米纖維中，因此處理過的細胞有效地避免了直接暴露於(yu) 納米顆粒。為(wei) 了更好地理解激光脈衝(chong) 注量、離子液體(ti) 分布和聚集狀態如何影響細胞膜通透性，對從(cong) 纖維嵌入的離子液體(ti) 到附近細胞的熱傳(chuan) 遞進行了數值模擬。

該團隊通過實驗證明，利用光熱納米纖維進行光穿孔可以成功地將包括siRNA或CRISP-Cas9核糖核蛋白(RNPs)在內(nei) 的功能性生物分子遞送至貼壁細胞和懸浮細胞，包括人胚胎幹細胞(hESC)和原代人T細胞。用最先進的電穿孔進行了比較。盡管電穿孔細胞的表型和功能發生了變化，但光穿孔細胞卻仍保持其增殖能力，而CAR-T細胞則還能殺死腫瘤細胞。

PEN光穿孔能有效地將大分子細胞內(nei) 遞送至胚胎幹細胞

最後，用PEN光穿孔將siRNA（靶向受體(ti) PD1——一種眾(zhong) 所周知的免疫檢查點抑製劑）轉染CAR-T細胞。證實siPD1處理的細胞在體(ti) 內(nei) 具有增強的腫瘤殺傷(shang) 能力。

總之，它表明光熱納米纖維的光作用能夠在多種細胞類型中高效、安全地在細胞內(nei) 遞送廣泛的效應分子，而不接觸潛在的有毒光熱納米顆粒。Braeckmans教授說：“我們(men) 認為(wei) ，這是朝著利用光穿孔安全有效地生產(chan) 基因修飾細胞療法邁出的重要一步。”

來源：Ranhua Xiong et al, Photothermal nanofibres enable safe engineering of therapeutic cells, Nature Nanotechnology (2021).