天然来源的纳米粒子显示出对抗心血管和肾脏疾病的希望

心血管疾病和肾脏疾病是全球公共卫生领域最紧迫的两个问题。仅在美国，美国疾病控制和预防中心报告称，超过七分之一的成年人患有慢性肾病，而心血管疾病仍然是死亡的主要原因。

南加州大学维特比工程学院的生物医学工程师现在利用人类细胞释放的天然纳米粒子开发了一种强大的新基因治疗武器，用于治疗心血管和肾脏疾病以及许多其他潜在的治疗应用。

心血管研究发表在《高级医疗保健材料》上，而以肾脏疾病为重点的工作发表在《生物材料》上。

最新研究来自Eun Ji Chung、Dr.Karl Jacob Jr.和Karl Jacob III早期职业主席兼生物医学工程、化学工程和材料科学助理教授的实验室。Chung实验室在药物输送和基因治疗、纳米医学和生物材料方面进行了开创性的研究。

该实验室在研究自组装合成纳米粒子的设计和应用方面拥有广泛的背景，这些纳米粒子用于靶向药物输送和治疗癌症、心血管和肾脏疾病等疾病。

该实验室现在专注于这些纳米颗粒的天然衍生版本的新应用，称为细胞外囊泡（EV）。这些EV是从我们的细胞释放的膜结构。这些非合成颗粒经过基因工程改造以增强其治疗效果，为患者耐受性良好的强大新型精准医学应用提供了潜力。

“我们的细胞自然产生这些称为细胞外囊泡的天然纳米粒子，”Chung说。“因此，我们对细胞进行了基因工程改造，使其以比通常分泌的方式更具治疗性的方式产生这些EV。”

动脉粥样硬化是一种常见的心血管系统炎症性疾病。它会导致动脉斑块积聚和破裂，从而导致心脏病发作和中风。根据美国国立卫生研究院的数据，大约50%的45至84岁的美国人患有动脉粥样硬化，但他们并不知道。

当冠状动脉发生动脉粥样硬化时，斑块或钙化引起的破裂引起的阻塞会导致血栓形成，切断流向心脏的血液，这是大多数心脏病发作的原因。

Chung和她的团队在开发动脉粥样硬化的纳米医学方法方面有着良好的记录，作为目前治疗方法的替代品，目前的治疗方法侧重于使用他汀类药物降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL），他汀类药物是一组抑制有助于产生胆固醇的酶的药物。

该实验室之前的工作重点是开发可以靶向动脉钙化的工程胶束。该团队将研究重点转移到电动汽车上，电动汽车通常由身体产生，用于细胞间信号传导。

EV颗粒由一个细胞分泌，然后被另一个细胞吸收。它就像人体的细胞间传递系统——一个可能被用于治疗目的的系统。

“我们对电动汽车感兴趣的原因之一是，与我们通常使用的脂质纳米粒子和胶束相比，它们是天然纳米粒子。这些是合成的，尽管它们含有仿生和可降解的成分，而这些电动汽车是细胞产生的天然纳米粒子，”Chung说。

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研究小组的平台利用了健康细胞的力量，健康细胞自然分泌健康颗粒，如RNA、蛋白质和细胞外囊泡。Chung指出，健康细胞分泌的EV也具有帮助对抗动脉粥样硬化的特性。

“但这些特性都是低水平的，所以我们设计了这种电池来真正提高它，”Chung说。“现在，它们分泌的物质在体内的表现要好上千倍。”

Chung Lab的疗法设计了电动汽车，以增加天然存在的microRNA 145，microRNA 145靶向血管平滑肌细胞，而血管平滑肌细胞负责动脉斑块的形成。“因此，我们的假设是，特别是对于动脉粥样硬化等慢性疾病，如果我们只给患者服用天然纳米颗粒，而不是给患者服用合成纳米颗粒，从长远来看不是更安全吗？”Chung说。

“因为这些患者将在余生中接受治疗，这是我们开始使用电动汽车的动力。因为这些电动汽车是天生的，是天然的，它们有被其他细胞吸收的能力。”

在Chung实验室的工程电动汽车和合成纳米颗粒之间的一项面对面比较实验中，研究小组发现电动汽车在减少斑块形成方面更有效。

“我们进行了剂量匹配，电动汽车的效力要好得多。因此，它们不仅是天然的，而且它们的某些特性使它们能够在更大程度上进入细胞内，”Chung说。

慢性肾病（CKD）是一个广泛的健康问题，影响全球近6亿人，通常以肾功能缓慢下降为特征。

Chung实验室一直在研究肾脏疾病的新疗法，使用他们专门设计的纳米粒子将药物分子的有效载荷运送到肾脏。该实验室的最新工作着眼于如何将电动汽车作为常染色体显性多囊肾病（ADPKD）的潜在治疗方法，ADPKD是一种常见的遗传性肾脏疾病。它是由特定基因（PKD1或PKD2）的缺陷引起的，导致肾脏中生长出许多囊肿，最终导致肾功能衰竭。

目前治疗ADPKD的方法提供的帮助有限。像托伐普坦这样的药物不直接针对肾脏，也不能解决潜在的遗传问题——这些基因产生的错误蛋白质。它们通常只能略微减缓疾病，可能会产生明显的副作用，并且不能阻止许多患者最终需要透析或移植。

Chung和她的团队现在正在研究一种安全有效的治疗方法，即使用健康肾细胞分泌的尿液EV，这些EV含有ADPKD患者EV中缺失的功能蛋白。

“在像ADPKD这样的遗传性肾脏疾病中，患者有某种基因的突变版本，这要么不产生蛋白质，要么产生功能失调的蛋白质。但如果你从健康的捐赠者那里获得电动汽车，这些电动汽车就会携带正常版本的蛋白质，”Chung说。

在小鼠研究中，研究小组成功地证明，当利用健康的尿液电动汽车将其功能性蛋白质直接输送到患病的肾细胞时，疾病的发生率较低，囊肿的发展明显减缓。此外，即使在重复给药后，该治疗也没有产生不良反应。

Chung说，针对肾脏疾病和动脉粥样硬化的最新研究表明，电动汽车作为一种适应性强、天然衍生的治疗工具，有望治疗多种疾病。

“我觉得电动汽车真的是下一波纳米疗法，就像基因疗法、蛋白质疗法和细胞疗法一样。虽然我们的实验室仍在研究合成纳米粒子，但我们大约50%的工作量现在都在电动汽车工程中，所有这些工作都在取得成果，”钟说。p