基因沉默纳米胶囊：新型哮喘治疗药物

　　研究人员正在利用基因沉默纳米胶囊开发新型哮喘治疗药物，以帮助那些无法从现有治疗中获益的患者。

　　

康涅狄格大学的一组研究人员——包括文理学院化学助理教授Jessica Rouge和农业健康学院病理生物学副教授，与自然资源公司Steven Szczepanek合作，利用基因沉默纳米胶囊开发新型哮喘疗法，以帮助那些无法从现有疗法中获益的患者。他们的研究发表在ACS Nano杂志上。

“在治疗哮喘时，许多人认为小分子抗炎药物是可行的，但有很多哮喘患者对皮质类固醇没有反应，”Rouge说。“为这一群体创造不同的治疗方法，抑制哮喘的需求尚未得到满足。”

Rouge的研究小组，包括共同作者博士生Shraddha Sawant和Alyssa Hartmann的20个博士，设计纳米材料和靶向疗法，将基因沉默信息传递给细胞。这篇论文详细介绍了一种核酸纳米胶囊(NAN)，其设计旨在选择性地传递一种称为DNAzyme的酶，以沉默免疫反应的一个组成部分，称为GATA-3，这导致免疫组成部分的过度表达，在过敏性哮喘发作中发挥了重要作用。

Szczepanek解释说，有不同类型的哮喘，这种技术专门用于治疗过敏性哮喘，这在成年人中占50%，在儿童中占90%。基于gata -3的治疗方法已经在临床试验中显示出了希望，Rouge说，通过将该序列与纳米技术配对，他们希望提供更有效的直接针对炎症源头的传递和治疗方法。

“当使用纳米材料时，我们试图以一种可以让我们使用更少的材料获得更大效果的方式来实施治疗，”Rouge说。

他们的系统是基于表面活性剂组装成胶束，类似于微小的气泡，并在一个逐步过程中发生，导致每个胶束的大小在60纳米左右。

“首先，我们合成一种表面活性剂，它很像肥皂，本质上形成了纳米级的气泡。然后我们修改这个气泡的表面化学性质，使它能与DNA结合或连接。下一步，也是我们实验室独有的是，我们使用酶来构建下一个片段，连接DNA序列，本质上是切割编码GATA-3的mRNA，”Rouge说。

然后对纳米卡波进行了表征，并在体外检测了它们是否能切割核酸靶细胞系，结果很有希望。

“我们证明，使用我们的配方，这些基因沉默序列是有效的，我们看到它们敲掉了感兴趣的基因靶点。这是令人兴奋的第一步，”Rouge说。

Rouge把数据拿给Szczepanek，看看他的研究小组，包括共同作者和研究生Tyler Gavitt的21博士和Arlind Mara的21博士，他们研究呼吸道病原体和疾病病理学，将有兴趣就下一步研究进行合作，以了解技术在体内的表现，以及它是否具有临床意义。

作为博士后研究的一部分，Szczepanek对哮喘进行了研究，他的实验室配备了下一步研究的设备，他说这次合作是很自然的。

“我认为这种基因沉默技术是哮喘治疗的一个极好的应用。”

研究人员在对室内尘螨敏感的过敏性哮喘小鼠模型中测试了GATA-3 DNAzyme-NAN的功效。结果显示，与未处理的对照组相比，用NANs处理的小鼠的肺部炎症损伤更小。治疗还减少了炎症免疫细胞的存在，称为嗜酸性粒细胞，它会导致气道阻塞(见侧边条)。

“我们不仅在我们的小鼠模型中看到哮喘表型的大幅减少，而且我们在人类白细胞中测试了GATA-3 DNAzyme-NANs，发现纳米颗粒的摄取和感兴趣的基因表达的下调。这些数据的结合让我对纳米颗粒在人类健康方面的转译潜力充满希望，”Szczepanek说。

Rouge指出了另一个重要的细节:“一般来说，当把纳米颗粒放入我们的肺部时，你可能会认为它们会引起炎症。然而，我们真正感到兴奋的是，在我们使用的剂量下，纳米载体本身不会引起炎症。”

Sawant说:“我相信我们独特的纳米结构在寡核苷酸传递领域有很大的前景。”“我很高兴成为这项合作研究的一部分，因为它标志着NAN作为一种有效的体内纳米载体的发展的开始。”

Rouge说，下一步是希望获得NIH的资金来继续这项研究:“我们想弄清楚，这些纳米胶囊去了哪里?我们需要做一个生物分布研究和其他逻辑下一步，比如药代动力学和确定这些疗法在一个有机体中持续多久。”

研究人员最近获得了纳米胶囊配方的专利，他们希望将其商业化。Szczepanek解释说，该团队的设想是，最终，该技术可以通过吸入器传递给患者，就像目前的哮喘药物一样，并取决于它的确切配方，它可以针对活动性炎症或作为一种预防措施。Rouge补充说，这项技术有可定制的潜力。

“主要的主题是，一般来说，不同的人对疾病的反应不同，因此有可能实现个性化医疗。我们正在寻求一种范式转变，因为如果你知道某人的基因，在某种特定基因的强度或过度表达方面，或者如果它是上调的，我们可以治疗它，或至少抑制它。”

这项研究由康涅狄格大学医疗保健加速疗法项目(PATH)拨款和美国国立卫生研究院(NIH)拨款R35GM138226-02资助。

Journal Reference:

1. Tyler D. Gavitt, Alyssa K. Hartmann, Shraddha S. Sawant, Arlind B. Mara, Steven M. Szczepanek, Jessica L. Rouge. A GATA3 Targeting Nucleic Acid Nanocapsule for In Vivo Gene Regulation in Asthma. ACS Nano, 2021; 15 (7): 11192 DOI: 10.1021/acsnano.0c07781