SCP Nano：新技术使细胞和组织中的纳米载体可视化

我们如何确保挽救生命的药物或基因疗法能够到达其预期的靶细胞，而不会产生有害的副作用？慕尼黑亥姆霍兹大学、路德维希马克西米利安大学和慕尼黑工业大学的研究人员开发了一种方法，该方法首次能够在单细胞水平上精确检测整个小鼠体内的纳米载体——微小的运输工具

这项名为纳米载体单细胞分析或SCP Nano的创新将先进的成像技术与人工智能相结合，为基于纳米技术的疗法的功能提供了无与伦比的见解。发表在《自然生物技术》上的研究结果为更安全、更有效的治疗铺平了道路，包括mRNA疫苗和基因疗法

纳米载体在现代医学中的作用

纳米载体将在下一波救命药物中发挥核心作用。它们能够将药物、基因或蛋白质靶向递送到患者体内的细胞。借助SCP Nano，研究人员可以分析极低剂量的纳米载体在整个小鼠体内的分布，可视化每个吸收它们的细胞

SCP Nano结合了光学组织清除、光片显微镜成像和深度学习算法。首先，整个鼠标体都是透明的。在对整个小鼠身体进行三维成像后，透明组织内的纳米载体可以被识别到单细胞水平。通过整合基于人工智能的分析，研究人员可以量化哪些细胞和组织与纳米载体相互作用，以及这种相互作用发生的确切位置

SCP纳米的实际应用

慕尼黑亥姆霍兹智能生物技术研究所（iBIO）所长Ali Ertürk及其团队使用SCP纳米分析的纳米载体示例包括脂质纳米颗粒（LNP）、DNA折纸结构和腺相关病毒（AAV）。这些纳米载体对于从细胞根源解决疾病的现代疗法至关重要，每种载体都具有独特的特性，使其适用于不同的应用

DNA折纸结构易于编程，AAV是基因治疗的高效载体。LNPs促进RNA递送，这是现代mRNA疫苗和广泛的其他RNA疗法的基础。研究人员利用SCP Nano证明，DNA折纸结构可以优先靶向免疫细胞，而AAV变体靶向不同的大脑区域和脂肪组织

重要的是，该平台还揭示了携带mRNA治疗剂的脂质纳米粒子可以在心脏组织中积累。因此，使用SCP Nano，研究人员现在可以在进入临床试验之前检测潜在的有问题的脱靶组织和相关毒性，为开发更安全的mRNA疗法铺平了道路

以前所未有的精度可视化纳米载体

该研究的第一作者Jie Luo博士说：“使用SCP Nano，我们可以以低至0.0005 mg/kg的极低剂量在全身检测纳米载体。”。“这为我们提供了一个全新的视角，了解这些微小的运输工具如何与器官和细胞相互作用。”罗强调，SCP Nano能够识别心脏或肝脏中不需要的积聚尤为重要

Ertürk解释说，纳米载体的机制与包裹递送服务相当，“每一个纳米载体都像一个装有重要有效载荷的包裹，必须被运送到正确的公寓，而不仅仅是隔壁的公寓。SCP Nano使我们能够准确跟踪这些包裹的递送位置，无论它们是否到达了精确的预期目的地，或者是否意外地到达了不需要的位置。”推动个性化医疗的创新SCP Nano使研究人员能够精确地识别纳米载体的积聚位置，并可视化它们与靶细胞的相互作用——这是安全有效的纳米载体应用的关键要求。“SCP Nano不仅有助于评估现有纳米载体的安全性，还将推动新的、高度针对性的应用的发展，”罗说。“该平台还可以帮助监测mRNA疗法的成功或早期检测潜在的副作用。”

通过结合尖端的成像和人工智能技术，SCP Nano为研究人员和临床医生提供了对疗法如何与身体相互作用的新的理解，并且可以很容易地扩展到人体组织和器官。Ertürk教授总结道：“精准医疗和靶向给药经常被讨论，但可扩展和有效的工具有限。这种新方法为药物开发中的一个关键挑战提供了解决方案。”。这项创新不仅解决了基于纳米载体技术发展中的主要挑战，还推动了精准医学的未来 More information: Jie Luo et al, Nanocarrier imaging at single-cell resolution across entire mouse bodies with deep learning, Nature Biotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41587-024-02528-1. www.nature.com/articles/s41587-024-02528-1

Journal information: Nature Biotechnology