荷兰格罗宁根大学科学家发现细胞内纳米颗粒积累的新机制

荷兰格罗宁根大学的科学家们最近取得了一项重大突破，他们发现了在细胞内部积累纳米颗粒的受体和蛋白质。这些受体和蛋白质中许多以前并未与细胞摄取和细胞内加工相关联，或者是非经典途径的一部分。这一发现对基于纳米颗粒递送疗法的纳米医学的发展产生了重大影响。

这项研究发表在《自然纳米技术》杂志上的同行评议文章中，题为“Genome-wide forward genetic screening to identify receptors and proteins mediating nanoparticle uptake and intracellular processing” 。

纳米医学递送的优化

纳米技术在医学中的利用导致了纳米医学的诞生，大大影响了疾病治疗。这种现象在利用脂质纳米颗粒（LNP）药物递送系统的纳米医学中尤为突出。美国食品药品监督管理局已经批准了数十种使用LNP将药物递送到特定疾病部位的药物，目前还有数百种药物正在进行临床试验。

由于未经改变的核酸类药物在递送方面遇到了特定挑战——在生物液体中容易降解，无法在目标组织中积累，甚至无法穿透目标细胞，即使它们到达了预期的组织——因此，人们对将LNP技术扩展到包括核酸类药物的递送感兴趣，包括短干扰RNA（siRNA）、信使RNA（mRNA）和基因编辑构建物。

然而，许多用于制备小分子LNP配方的方法并不适用于核酸聚合物，因为它们太大并且带有负电荷。此外，小分子药物的LNP配方只需要在到达目标组织后释放药物载体。相比之下，核酸类药物的LNP配方还必须有效地将这些大分子运输到细胞内的目标细胞器中。

纳米颗粒摄取和细胞内加工筛选

首席作者达芙妮·蒙提赞（Daphne Montizaan）和她的同事们在这篇文章中使用了基因组范围的正向遗传筛选和插入突变技术，以找到帮助二氧化硅纳米颗粒进入细胞、停留在其中并被加工的蛋白质和受体。他们在人类单倍体HAP1细胞中进行了这项研究，这是一种用CRISPR-Cas9编辑基因的相对较新的细胞模型，约有1亿个细胞被孵育在一个没有血清的培养基中，与50纳米荧光标记的二氧化硅纳米颗粒和人类血清冠膜一起过夜。在暴露于高血清浓度时，已观察到二氧化硅纳米颗粒通过与其冠膜中的特定载脂蛋白相互作用，选择性地结合到低密度脂蛋白受体（LDLR）。这种行为与类似Onpattro的脂质纳米颗粒的先前发现一致。

在每次分选后对细胞进行深度测序，成功地识别出大量丰富的目标（80个）。此外，筛选结果表明，冠膜包被的纳米颗粒通过各种受体被吸收。

其中有几个基因以前尚未与摄取和细胞内转运过程相关联。该研究的结果表明，非经典途径可能参与了纳米颗粒的细胞内积累。许多鉴定出的蛋白质因其参与吸收病毒和来源于癌症的外泌体而受到认可。

例如，清道夫受体B类1型（SCARB1）——一种用于肝细胞内乙型肝炎病毒（HCV）进入的高密度脂蛋白（HDL）受体——促进了纳米颗粒的积累。此外，发现肝素硫酸作为特定的纳米颗粒受体，其作用取决于细胞和纳米颗粒的类型。

结果还证实了脂蛋白受体在不同类型纳米颗粒的积累中起主导作用，这可能是由于它们的冠膜中富集了

几种载脂蛋白。尽管与LDLR的相互作用，这些纳米颗粒的摄取并不包括经典的内吞作用靶标，如衣状蛋白或动力蛋白，这是内源性LDLR配体的典型特征。

这项研究的发现对于利用纳米颗粒冠膜开发内源性靶向策略具有重要意义。各种受体可能通过不同的机制促进摄取，导致不同的效率和细胞内结果。最终，这些因素有助于创建仅与特定类型细胞相互作用的纳米医药品，并可能引发新的自然靶向细胞的方式。

这项研究为理解细胞如何处理纳米颗粒提供了关键见解，为开发更有效的纳米医药品奠定了基础。荷兰格罗宁根大学的科学家们的努力为纳米医学领域的进步做出了重要贡献，并将为未来的研究和临床应用提供宝贵的指导。

这项研究的成功标志着对纳米医学领域的关键问题取得了重要进展，为更好地理解细胞内纳米颗粒积累的机制提供了新的思路和方向。

参考文献：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01629-x

编辑：王洪

排版：李丽