在過去10年間，比利時根特大學的Kevin Braeckmans教授始終專(zhuan) 注於(yu) 利用光熱納米纖維設計安全治療細胞的方法。現在，關(guan) 於(yu) 生物相容性光熱納米纖維開發的方法，以及在激光照射下與(yu) 這些納米纖維接觸的細胞如何變得通透並被各種效應分子轉染，Braeckmans教授所在的研究團隊給出了答案。

研究團隊證明，經過激光脈衝(chong) 照射後，納米纖維轉染的細胞如胚胎幹細胞和人類T細胞健康狀況良好，並保留了原先的治療功能。

細胞療法的新基礎

基於(yu) 細胞的療法構成了一種更新的治療形式，其中將轉基因細胞注射到患者體(ti) 內(nei) 以預防或治療疾病。一個(ge) 眾(zhong) 所周知的例子是使用癌症患者自身的免疫細胞，這些細胞可以在實驗室環境中被分離、基因改造和擴增，然後重新注入患者體(ti) 內(nei) 以攻擊腫瘤細胞。細胞的遺傳(chuan) 修飾取決(jue) 於(yu) 細胞內(nei) 的遞送技術，這種技術通常很難起到有效率，同時對細胞的健康和功能的影響降至最低。

納米粒子敏化光穿孔在這方麵有可觀的開發前景，因為(wei) 其通常能提供高效率、高通量和低毒性。基於(yu) 使用光響應納米粒子如金納米粒子，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產(chan) 生小孔，讓細胞培養(yang) 基中補充的外部效應分子進入細胞。但是，由於(yu) 細胞與(yu) 不可降解的納米粒子接觸後會(hui) 產(chan) 生毒理學和監管的問題，因此阻礙了納米粒子敏化光穿孔向臨(lin) 床應用的轉化。

因此，研究人員就需要開發一種新方法保留納米顆粒敏化光穿孔的優(you) 勢，同時避免納米顆粒和細胞的直接接觸。如上圖所示，Braeckmans教授所在的團隊將光熱氧化鐵納米粒子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) 酯是一種廣泛用於(yu) 生物醫學應用的生物相容性聚合物，而光熱氧化鐵納米粒子具有成本效益且具有寬廣的光吸收光譜。

研究表明，在納秒激光脈衝(chong) 照射下，貼壁細胞和懸浮細胞都可以被一係列大分子安全而有效地轉染。研究人員通過電感耦合等離子體(ti) ——串聯質譜（inductively coupled plasma—tandem mass spectrometry，ICP-MS/MS）進行元素分析，確認了光熱氧化鐵納米粒子在激光照射後仍安全地嵌入納米纖維中，從(cong) 而使處理過的細胞避免了與(yu) 納米顆粒直接接觸。

之後，研究團隊還對從(cong) 纖維嵌入的光熱氧化鐵納米粒子到附近細胞的熱傳(chuan) 遞進行數值模擬，以更好地了解激光脈衝(chong) 通量、光熱氧化鐵納米粒子分布和聚集狀態，是如何影響細胞膜通透性的。

■Braeckmans教授

實驗表明，光熱納米纖維的光穿孔可以成功地將功能性生物分子，包括siRNA或 CRISP-Cas9 核糖核蛋白輸送到貼壁細胞和懸浮細胞，包括人類胚胎幹細胞和原代人類T細胞。作為(wei) 基準，研究人員用這種方法與(yu) 目前先進的電穿孔進行了比對。電穿孔細胞的表型和功能發生了變化，而光穿孔細胞則保留了增殖能力，並且由於(yu) 嵌合抗原受體(ti) T細胞的緣故，可以殺死腫瘤細胞。

總之，它表明使用光熱納米纖維進行光穿孔能夠在多種細胞類型中高效、安全地傳(chuan) 遞多種效應分子，而無需接觸潛在有毒的光熱納米粒子。“我們(men) 相信這是朝著使用光穿孔技術安全有效地生產(chan) 基因修飾細胞療法邁出的重要一步。”Braeckmans教授說。