纳米颗粒用于将抗癌剂运输到细胞

剑桥大学的科学家开发出一种平台，该平台使用称为金属有机框架的纳米粒子为细胞提供有前景的抗癌剂。

来自剑桥化学工程与生物技术系的David Fairen-Jimenez博士领导的研究表明，金属有机骨架(MOFs)可以为细胞提供一种有效的抗癌剂(称为siRNA)。

小干扰核糖核酸(siRNA)具有抑制过度表达的致癌基因的潜力，并且已成为科学家越来越关注寻找新的癌症治疗方法。

Fairen-Jimenez的研究小组使用计算机模拟来找到具有完美孔径的MOF来携带siRNA分子，并且一旦在细胞内分解，将siRNA释放到其靶标。他们的研究结果发表于今天的Cell Press杂志，Chem。

当细胞内的特定基因导致特定蛋白质的过量产生时，可能发生一些癌症。解决这个问题的一种方法是阻断基因表达途径，限制这些蛋白质的产生。

SiRNA分子可以与特定基因信使分子结合，并在它们告诉细胞产生特定蛋白质之前将其破坏。这个过程被称为“基因敲除”。科学家们在过去十年中开始更多地关注siRNA作为潜在的癌症治疗方法，因为它们为疾病治疗提供了多种解决方案 - 您需要知道的是您想要抑制的基因序列，您可以制作相应的siRNA会打破它。而不是设计，合成和测试新药 - 一个令人难以置信的昂贵和漫长的过程 - 你可以对siRNA分子做一些简单的改变，治疗一种完全不同的疾病。

使用siRNA治疗疾病的一个问题是分子非常不稳定，并且经常在细胞到达目标之前被细胞的天然防御机制分解。可以修饰SiRNA分子以使它们更稳定，但这会损害它们击倒靶基因的能力。使分子进入细胞也很困难 - 它们需要由另一种作为递送剂的载体运输。

结晶金属 - 有机骨架。图片来源：David Fairen-Jimenez

剑桥研究人员使用一种特殊的纳米粒子来保护和传递siRNA到细胞，在那里它们显示出抑制特定靶基因的能力。

Fairen-Jimenez领导先进材料的研究，特别关注MOF：由金属和有机结构单元连接在一起的自组装3-D复合材料。

研究人员可以制作数千种不同类型的MOF--目前剑桥结构数据库中有超过84,000个MOF结构，每个月发布1000个新结构 - 它们的属性可以针对特定目的进行调整。通过改变MOF结构的不同组成部分，研究人员可以创建具有不同孔径，稳定性和毒性的MOF，使他们能够设计能够将siRNA等分子带入细胞而无有害副作用的结构。

“如果您正在设计治疗该系统的新药，传统的癌症治疗方法可能会有不同的行为，几何形状，大小，因此您需要一种最适合这些药物的MOF，”Fairen-Jimenez说。 。“但是对于siRNA，一旦你开发出一种有用的MOF，你原则上可以将它用于一系列不同的siRNA序列，治疗不同的疾病。”

“之前已经完成这项工作的人使用的MOFs的孔隙率不足以封装siR​​NA，因此很多可能只是粘在外面，”Michelle Teplensky说，他是前博士。进行研究的Fairen-Jimenez小组的学生。“我们使用了可以封装siR​​NA的MOF，当它被封装时，你提供了更多的保护。我们选择的MOF是由锆基金属节点制成的，我们已经做了很多研究，表明锆是非常惰性的，它没有'引起任何毒性问题。“

使用可生物降解的MOF进行siRNA递送对于避免结构完成工作后不必要的积聚非常重要。Teplensky和团队选择的MOF分解成易于被细胞回收的无害成分，没有有害的副作用。大孔径也意味着团队可以将大量siRNA加载到单个MOF分子中，从而保持将基因敲低所需的剂量非常低。

“使用具有如此大孔隙的MOF的一个好处是，我们可以获得比其他系统所需的更加局部化，更高的剂量，”Teplensky说。“SiRNA非常强大，你不需要大量的它来获得良好的功能。所需的剂量不到MOF孔隙度的5%。”

使用MOF或其他载体将小分子携带到细胞中的问题在于它们经常在到达其靶标的途中被细胞阻止。该过程被称为内体捕获，并且基本上是防止不需要的组分进入细胞的防御机制。Fairen-Jimenez的团队为他们的MOF添加了额外的成分，以阻止他们被困在进入细胞的途中，并且可以确保siRNA达到目标。

研究小组利用他们的系统敲除了在细胞中产生荧光蛋白的基因，因此他们能够使用显微镜成像方法来测量蛋白质发出的荧光与未用MOF处理的细胞之间的比较。该小组利用内部专业知识，与超分辨率显微镜专家Clemens Kaminski和Gabi Kaminski-Schierle教授合作，他们也是化学工程和生物技术系的研究负责人。

使用MOF平台，该团队始终能够将基因表达预防27%，这一水平显示了使用该技术击倒癌症基因的前景。

Fairen-Jimenez相信他们将能够提高系统的功效，接下来的步骤是将该平台应用于导致所谓的难以治疗的癌症的基因。

“我们被问到的一个问题是'你为什么要用金属有机框架进行医疗保健?'，因为涉及的金属可能对身体有害，”Fairen-Jimenez说。“但我们专注于难治性疾病，例如难以治疗的癌症，过去20年来治疗方面没有改善。我们需要有一些可以提供解决方案的东西;只需多年的生命就会受到欢迎“。

该系统的多功能性将使团队能够使用相同的适应MOF来提供不同的siRNA序列并靶向不同的基因。由于其大孔径，MOF还有可能同时提供多种药物，从而开启了联合治疗的选择。

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