An interdisciplinary collaboration has designed a way to "cloak" proteins so that they can be captured by lipid nanoparticles, which are akin to tiny bubbles of fat. These bubbles are small enough to sneak their hidden cargo into living cells, w
一项跨学科合作设计了一种“掩盖”蛋白质的方法，使其能够被脂质纳米颗粒捕获，脂质纳米颗粒类似于微小的脂肪气泡。这些气泡足够小，可以将其隐藏的货物偷偷带入活细胞，在那里蛋白质会解开并发挥其治疗作用
这项可推广的技术可能会使包括抗体在内的数千种商业蛋白质产品重新用于生物学研究和治疗应用
该小组的论文《生物可逆阴离子隐形使电离脂质纳米颗粒实现细胞内蛋白质递送》于5月14日发表在《ACS中央科学》杂志上。主要作者是博士生Azmain Alamgir，他在该论文的共同高级作者、康奈尔工程学院化学和生物分子工程副教授Chris Alabi和威廉·L·刘易斯工程教授兼康奈尔生物技术研究所所长Matt DeLisa的实验室工作
该项目始于一个单一的目标：将DeLisa团队在设计基于蛋白质的治疗方法方面的专业知识与Alabi实验室对生物制品细胞内递送的关注相结合
对于一些影响细胞生物学并最终治疗疾病的药物，它们需要进入细胞内部并到达特定的空间。这类似于在家里修复破裂的管道：水管工需要进入特定的房间来修复泄漏
基于蛋白质的治疗方法有很多优点&mdash；它们可以具有更特异的作用，毒性更低，免疫反应减弱&mdash；但交付的便利性并不是其中之一。蛋白质又大又笨重，不像小分子那样容易自由扩散到细胞中。这就是小分子是制药行业主要药物来源的原因之一：它们可以在没有运载工具的情况下轻易扩散到细胞
多年来，DeLisa的团队开发了一系列有趣且潜在有效的蛋白质候选药物。不幸的是，由于缺乏细胞内递送的方法，这些蛋白质的实际用途受到限制。而基因治疗；一种生物医学技术，可以通过递送基因在靶细胞中表达来产生治疗效果&mdash；是一种选择，由于人类的安全问题，这种方法有着曲折的历史
DeLisa说：“我们一直在寻找一种聪明的方法，有效地将我们的工程蛋白进入细胞内部，特别是在翻译的环境中，这种方法不仅在实验室培养的细胞中有效，而且在动物模型中以及最终在人类中也有效和安全。”“当Azmain将我们的团队与Chris的团队联系起来时，出现的一个想法是，既然我们可以将其作为一种已经制造的蛋白质来提供，为什么要将其作为基因疗法来提供？这让我们非常兴奋。”
Alabi的实验室一直面临着自己的挑战。阿拉比说，虽然该团队有使用纳米颗粒将核酸输送到细胞中的经验，但由于实验室在生产足够数量的蛋白质进行测试方面的经验有限，他们尚未找到对“球状软蛋白”进行同样处理的方法
阿拉比说：“我们认为这是我们研究小组之间的一座很好的桥梁，可以创造一个我认为当时没有很多人在研究的新空间，并以一种可扩展和有影响力的方式进行研究。”
研究人员有一个广泛的想法，即使用生物偶联方法，将蛋白质装载到脂质纳米颗粒中，脂质纳米颗粒围绕核酸形成。这种方法的一个主要优势是，脂质纳米颗粒是Pfizer-BioNTech和Moderna成功开发的新冠肺炎疫苗的关键成分
“当时，这项技术真的在腾飞，”阿拉姆吉尔说
这些疫苗通过以信使核糖核酸的形式传递有效载荷来发挥作用。研究人员现在将使用相同的脂质纳米颗粒递送概念&mdash；甚至是相同的材料&mdash；但是具有蛋白质有效载荷。诀窍是让蛋白质看起来更像核酸
研究人员发现，他们可以通过用带负电的离子“掩盖”蛋白质来实现这一点，从而使蛋白质与带正电的脂质静电结合
“我们战略的关键在概念上非常简单，”阿拉姆吉尔说。“我们正在提取蛋白质，并用负电荷专门重塑其表面，使其看起来像核酸，当与特征脂质配制时，可以类似地组装成纳米颗粒。”团队遇到的一个困难是，核酸与脂质结合或复合的条件非常苛刻；对蛋白质来说太苛刻了
阿拉比说：“我们不得不使用更温和的条件和稍微改良的配方，添加额外的脂质。”。“因此，无论是从蛋白质生物偶联方面，还是从脂质方面，我们都必须调整配方，使其发挥同样的作用。”包括博士生和合著者Souvik Ghosal在内的团队成功地证明了赖氨酸反应性磺化化合物的掩蔽方法，用核糖核酸酶A杀死癌症细胞，并用单克隆免疫球蛋白G（IgG）抗体抑制肿瘤信号
该团队使用的生物偶联化学的另一个好处是该过程是可逆的。一旦蛋白质进入细胞质，添加到蛋白质上的化学标签就会脱落。而且因为生物偶联方法靶向赖氨酸&mdash；一种在天然蛋白质中大量存在的氨基酸&mdash；该技术几乎可以用于任何蛋白质
Alamgir说：“这有可能从许多生命科学分销商和生物技术公司获得大量现成的蛋白质，并将其重新用于新的细胞内应用。”