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微小的矿物质球是有希望的基于mRNA的疗法的更好载体

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威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员已经开发出一种更安全,更有效的方法,以提供一种有前途的新方法来治疗癌症和肝病以及进行疫苗接种-包括Moderna Therapeutics的COVID-19疫苗,该疫苗已经在人类中进行了临床试验。

该技术依靠将精心设计的信使RNA(mRNA)片段插入细胞中,信使RNA(mRNA)是人类细胞通常从人的DNA转录而来的一种遗传物质,以制造有用的蛋白质并开展业务。安全和完整地传递mRNA而又不影响免疫系统的问题使基于mRNA的疗法受到了阻碍,但是威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员正在制造矿物质的细小球,似乎在老鼠身上起到了作用。

这些微粒在其表面上具有纳米级的孔,可以吸收并携带诸如蛋白质或信使RNA的分子。当我们在数千年前的骨骼样本或蛋壳上发现完整的蛋白质或DNA时,它们模仿了考古学中常见的东西。矿物成分一直在帮助稳定这些分子。”

威斯康星大学麦迪逊分校生物医学工程与骨科教授William Murphy

Murphy和UW-Madison的合作者在一系列实验中使用了矿物包裹的微粒(MCM),直径为5至10微米,大约相当于人类细胞的大小。 。在接受MCM处理的小鼠中,伤口愈合得更快,并且相关实验中的细胞显示,与其他递送方法相比,mRNA分子的提取效率更高。

研究人员今天在《科学进展》杂志上描述了他们的发现。

在健康的细胞中,DNA被转录成mRNA,而mRNA则是细胞机器用来制造蛋白质的指令。在实验室中创建的一条mRNA片段可被替换为该过程,以告诉细胞产生新的东西。如果某种东西是某种抗原,即一种能提醒免疫系统注意潜在有害病毒的分子,则mRNA可以完成疫苗的工作。

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员对mRNA进行了编码,并指导细胞核糖体泵出一种生长因子,该蛋白可以促进愈合过程,而这些过程在糖尿病小鼠(以及许多严重的糖尿病患者)中进展缓慢或不存在。

但是,mRNA在体内的寿命很短,因此要传递到细胞中通常意味着给予大剂量和频繁的剂量,其中mRNA链由称为阳离子聚合物的分子制成的容器携带。

墨菲说:“阳离子成分常常是有毒的。您传递的mRNA越多,获得的治疗效果就越好,但也更有可能看到毒性作用。因此,这是一个权衡,” 。我们发现,从MCM运送时,我们没有看到这种毒性。而且由于MCM的传递可保护mRNA免受降解,因此您可以在所需的位置获得更多的mRNA,同时减轻毒性作用。”

这项新研究还将mRNA与免疫系统抑制蛋白配对,以确保靶细胞不会将mRNA提取为异物并破坏或弹出。

成功的mRNA传递通常可使细胞按照新指令运行约24小时,并且它们产生的分子会分散在整个身体中。对于疫苗及其产生的抗原而言,这就足够了。为了保持较长的过程,例如生长替代组织以治愈皮肤或器官,细胞产生的蛋白质或生长因子需要停留更长的时间。

墨菲说:“我们在MCM上看到的是,一旦细胞吸收了mRNA并开始产生蛋白质,该蛋白质就会立即结合回MCM颗粒内。” “然后它会在数周的时间内发布。我们基本上正在采用通常会持续数小时甚至一天的东西,并且使它能持续很长时间。”

而且,由于MCM足够大,以至于它们不会进入血液并漂浮走,因此它们会停留在需要释放有用治疗方法的位置。在小鼠中,这种治疗活性持续了超过20天。

墨菲说:“它们由类似于牙釉质和骨骼的矿物质制成,但被设计成在不再有用时会被人体吸收。”墨菲说,他的工作得到了环境保护署,美国国立卫生研究院和美国国家卫生研究院的支持。国家科学基金会,以及麦迪逊大学的校友Michael和Mary Sue Shannon的捐款。

“我们可以通过调整它们的制造方式来控制它们的寿命,因此它们可以在我们需要时无害地溶解。”

微粒背后的技术在威斯康星州校友研究基金会的帮助下获得了专利,并被墨菲共同创立的公司Dianomi Therapeutics许可。

研究人员现在正致力于通过MCM传递的mRNA来生长骨骼和软骨,并修复脊髓损伤。

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