靶向技术“mLumiOpto”：照射肿瘤，关闭了癌细胞的线粒体

　　研究人员正在照射癌细胞的能量中心——字面意思——破坏这些能量来源，引发广泛的癌细胞死亡。

　　

研究人员正在照射癌细胞的能量中心——字面意思——破坏这些能量来源，引发广泛的癌细胞死亡。

在一项新的研究中，科学家们结合了多种策略，使用纳米颗粒来提供能量破坏基因疗法，这些纳米颗粒只针对癌细胞。实验表明，靶向治疗在缩小小鼠的胶质母细胞瘤脑肿瘤和侵袭性乳腺癌肿瘤方面是有效的。

研究小组克服了一个重大挑战，打破了这些细胞能量中心内部的结构，称为线粒体，他们采用了一种技术，在细胞内诱导光激活电流。他们将这项技术命名为mLumiOpto。共同主要作者，俄亥俄州立大学生物医学工程和外科学教授Lufang Zhou说：“我们破坏了细胞膜，使线粒体不能正常工作以产生能量或作为信号中枢。这导致程序性细胞死亡，随后是DNA损伤——我们的研究表明，这两种机制都参与并杀死了癌细胞。这就是这项技术的设计原理。”

Zhou与俄亥俄州立大学化学和生物分子工程教授X. Margaret Liu合作进行了这项研究，后者开发了用于精确将基因疗法传递给癌细胞的颗粒。Zhou和Liu也是俄亥俄州立大学综合癌症中心的研究人员。

这项研究发表在12月份的《Cancer Center》杂志上。

线粒体是为细胞功能提供能量的主要生产者，多年来一直被认为是一种有吸引力的抗癌治疗靶点，但其不透水的内膜使这些努力复杂化。Zhou的实验室在五年前破解了这个密码，他们发现了如何利用细胞膜的漏洞——一种保持其结构完整和功能正常的电荷差异。他说：“以前的尝试是使用一种药物试剂来对抗癌细胞中线粒体的特定活动途径。我们的方法直接针对线粒体，使用外部基因激活杀死细胞的过程。这是一个优势，我们已经证明，我们可以在杀死不同类型的癌细胞方面取得非常好的结果。”

Zhou的早期细胞研究表明，线粒体内膜可以被一种产生电流的蛋白质破坏，研究人员用激光激活了这种光诱导蛋白质。在这项新工作中，研究小组创造了一个内部光源，这是将该技术转化为临床应用的关键。

该策略涉及传递两种分子的遗传信息：一种是被称为CoChR的光敏蛋白，它可以产生带正电的电流，另一种是生物发光酶。将这些蛋白质装入经过改造的病毒颗粒中，传递给癌细胞，当它们的基因在线粒体中表达时，就会产生这些蛋白质。随后注射一种特殊的化学物质，打开这种酶的光，激活CoChR，从而导致线粒体崩溃。

战斗的另一半是确保这种疗法不干扰正常细胞。

Liu的实验室专门从事靶向抗癌治疗的开发。在这项工作中，传递系统的基础是具有良好特征的腺相关病毒（AAV），这是一种传染性最低的病毒，被设计为携带基因并促进其表达以达到治疗目的。

该团队改进了该系统，通过添加一种启动子蛋白来提高仅在癌细胞中表达的CoChR和生物发光酶，从而增强其癌症特异性。研究人员还利用人类细胞制造AAV，将基因包装的病毒包裹在一种类似于在人类血液和生物体液中循环的细胞外囊泡的天然纳米载体中。

“这种结构保证了人体的稳定性，因为这种颗粒来自人类细胞系，”Liu说。

最后，研究人员开发了一种单克隆抗体，用于寻找癌细胞表面的受体，并将其附着在递送颗粒上。

“这种单克隆抗体可以识别一种特定的受体，因此它可以发现癌细胞并传递我们的治疗基因。我们使用了多种工具来证实这种影响。在构建了具有癌症特异性启动子和癌症靶向纳米颗粒的AAV后，我们发现这种疗法对治疗多种癌症非常有效。”

小鼠模型实验显示，在两种生长迅速、难以治疗的癌症：胶质母细胞瘤脑癌和三阴性乳腺癌中，与未治疗的动物相比，基因治疗策略显著减轻了肿瘤负担。除了缩小肿瘤外，治疗还延长了胶质母细胞瘤小鼠的生存期。

动物成像研究也证实，基因治疗的效果仅限于癌症组织，而在正常组织中检测不到。结果进一步表明，在肿瘤微环境中，附着单克隆抗体具有诱导针对癌细胞的免疫应答的额外益处。

该团队正在研究mLumiOpto在胶质母细胞瘤、三阴性乳腺癌和其他癌症中的其他潜在治疗效果。俄亥俄州立大学已经为这些技术提交了一份临时专利申请。

这项研究得到了美国国防部和国立卫生研究院的支持。Liu实验室的Kai Chen和Zhou实验室的Patrick Ernst是这项研究的共同第一作者。其他共同作者有Anusua Sarkar、Seulhee Kim、Yingnan Si、Tanvi Varadkar和Matthew Ringel，他们都来自俄亥俄州立大学。