近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃淵余課題組在核酸藥物輸運(yùn)和腫瘤免疫治療方面取得重要研究進(jìn)展。該研究成果以《Rolling microneedle electrode array (RoMEA) empowered nucleic acid delivery and cancer immunotherapy》發(fā)表于納米科技與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊《Nano Today》（影響因子16.907）。該論文第一作者為北京理工大學(xué)生命學(xué)院/前沿交叉院博士研究生楊同仁和北京大學(xué)黃東博士，通訊作者為北京理工大學(xué)黃淵余研究員和北京大學(xué)李志宏教授。 基于小干擾RNA（siRNA）的核酸藥物近年來連續(xù)獲批上市，已成為引領(lǐng)第三次制藥浪潮的代表性技術(shù)。siRNA藥物開發(fā)的關(guān)鍵問題是如何實(shí)現(xiàn)高效富集與胞吞、快速抵達(dá)細(xì)胞質(zhì)、高效長效沉默靶基因表達(dá)，這個(gè)過程需要研究開發(fā)高效安全的藥物遞送技術(shù)。目前諸多遞送載體存在給藥效率低、安全性差、成本高、缺乏普適性等問題。

圖1 RoMEA示意圖及該研究思路 2018年，黃淵余課題組與李志宏課題組開展合作，提出并驗(yàn)證了滾輪微針輔助柔性電穿孔芯片介導(dǎo)siRNA體內(nèi)透皮遞送的策略（Theranostics 2018; 8(9):2361-2376），該策略結(jié)合醫(yī)療美容領(lǐng)域的微針滾輪與柔性插指電極芯片（FIEA），首先利用微針滾輪在小鼠皮膚組織建立微孔道、形成液體微電極，接著使用柔性電穿孔芯片給予脈沖電場，促使核酸藥物分子透皮遞送。進(jìn)一步，研究人員構(gòu)思將滾動式微針與電穿孔芯片“二合一”，設(shè)計(jì)了滾動式微針電極陣列（RoMEA，圖1），該器件的突出優(yōu)勢在于滾動的同時(shí)施加同步電場，可支持在不規(guī)則的活體組織表面進(jìn)行大面積的活體組織電穿孔。同時(shí)，該器件具有侵入性小、操作方便、安全、制造成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 RoMEA介導(dǎo)的體內(nèi)核酸遞送研究 研究人員通過RoMEA遞送表達(dá)紅色熒光蛋白(RFP)的質(zhì)?；駽y5標(biāo)記的siRNA，或抑制SCD1基因表達(dá)的siRNA，對RoMEA在體內(nèi)的核酸遞送的參數(shù)進(jìn)行了探究（圖2）。結(jié)果顯示，當(dāng)RoMEA所施加的電壓在30V-90V區(qū)間內(nèi)，RFP的蛋白都得到顯著的表達(dá)，并且在50V的電壓下RFP的蛋白表達(dá)強(qiáng)度達(dá)到峰值（圖2c）。并且當(dāng)RoMEA所施加的電壓為50V時(shí)，顯著的提高了Cy5-siRNA在小鼠腿部及腫瘤內(nèi)的滯留時(shí)間（圖2d, e）。同樣，作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)RoMEA所施加的電壓為50V時(shí)siRNA有很好的基因抑制效率（圖2f, g）。在此條件下，電轉(zhuǎn)CpG2395（免疫佐劑）可以有效的刺激小鼠分泌IL-6與IFN-g（圖2h）。因此，RoMEA可以在50V的電壓下可以實(shí)現(xiàn)局部高效的核酸轉(zhuǎn)染效率。

圖3 RoMEA介導(dǎo)的B16-F10黑色素瘤的免疫治療 阻斷PD-L1/PD-1免疫檢查點(diǎn)通路是臨床治療中最具代表性的腫瘤免疫治療途徑。結(jié)合RoMEA的最優(yōu)參數(shù)，研究人員進(jìn)一步選擇抑制PD-L1表達(dá)的siRNA（siPD-L1）和拮抗PD-1的單抗（PD-1 mAb）在B16-F10黑色素瘤小鼠模型進(jìn)行研究（圖3a, b）。分別在腫瘤較?。?a href="http://m.makelele.cn/analog/" target="_blank">模擬臨床早期腫瘤，圖3c-i）和腫瘤較大（模擬臨床中期腫瘤，圖3j-l）時(shí)開始治療。結(jié)果顯示，單獨(dú)使用siPD-L1或聯(lián)合PD-1 mAb，均能有效抑制腫瘤的生長，延長動物生存周期。同時(shí)，流式細(xì)胞術(shù)的結(jié)果顯示，腫瘤微環(huán)境中CD4+ T細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞數(shù)量顯著提升，證實(shí)了PD-L1/PD-1通路的機(jī)制和效果。 該工作設(shè)計(jì)的滾動式微針電極陣列（RoMEA）加工簡單、通用性強(qiáng)，為未來各種治療劑（不局限于核酸藥物）的應(yīng)用開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，展現(xiàn)了良好的實(shí)用前景。

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