麻省理工学院的工程师使用专门的纳米粒子开发了一种方法来关闭骨髓细胞中的特定基因，这些基因在产生血细胞中起着重要作用。研究人员说，这些颗粒可以定制以帮助治疗心脏病或提高需要干细胞移植的患者的干细胞产量。

这种被称为 RNA 干扰的基因疗法通常难以针对肝脏以外的器官进行治疗，在那里纳米颗粒往往会积聚。麻省理工学院的研究人员能够以这样一种方式修改他们的粒子，使它们能够在骨髓中发现的细胞中积累。

“如果我们能得到这些粒子击中其他感兴趣的器官，有可能是一个更广泛的疾病的应用探索，以及一个我们真正感兴趣的，本文是骨骨髓。骨髓是造血网站血细胞，这些细胞产生了导致各种类型疾病的完整细胞谱系，”前麻省理工学院博士后、该研究的主要作者之一迈克尔米切尔说。

在一项对小鼠的研究中，研究人员表明，他们可以使用这种方法通过抑制促进炎症和导致心脏病的骨髓血细胞的释放来改善心脏病发作后的恢复。

Biomedical Engineering 上。该论文的资深作者是麻省理工学院化学工程教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所成员丹尼尔安德森，以及MGH放射学教授马蒂亚斯纳伦多夫。

靶向骨髓

RNA 干扰是一种策略，可通过提供短链 RNA 来阻止特定基因在细胞中开启，从而有可能用于治疗多种疾病。迄今为止，这种疗法的最大障碍是难以将其输送到身体的正确部位。当注射到血液中时，携带 RNA 的纳米粒子往往会在肝脏中积聚，一些生物技术公司已经利用这一点来开发新的肝病实验性治疗方法。

安德森的实验室与麻省理工学院教授罗伯特兰格合作，他也是这项新研究的作者，之前已经开发出一种聚合物纳米颗粒，可以将 RNA 输送到肝脏以外的器官。这些颗粒涂有有助于稳定它们的脂质，它们可以靶向肺、心脏和脾脏等器官，具体取决于颗粒的组成和分子量。

“RNA 纳米粒子目前已被 FDA 批准作为肝脏靶向疗法，但对许多疾病都有希望，从 疫苗到可以永久修复疾病基因的药物，”安德森说。“我们相信，通过工程纳米粒子将 RNA 输送到体内不同类型的细胞和器官是实现基因治疗最广泛潜力的关键。”

在这项新研究中，研究人员着手调整这些颗粒，以便它们能够到达骨髓。骨髓含有通过称为造血作用的过程产生多种不同类型血细胞的干细胞。刺激这一过程可以提高用于干细胞移植的造血干细胞的产量，而抑制它可以对患有心脏病或其他疾病的患者产生有益的影响。

“如果我们能够开发出能够控制骨髓细胞活动和造血干细胞生态位的技术，它可能会对疾病应用产生变革性影响，”现任宾夕法尼亚大学生物工程助理教授的米切尔说。

研究人员从他们以前用于靶向肺部的颗粒开始，并创造了具有不同排列的称为聚乙二醇 (PEG) 的表面涂层的变体。他们测试了其中的 15 种颗粒，发现一种能够避免进入肝脏或肺部，并且可以有效地积聚在骨髓的内皮细胞中。他们还表明，这种粒子携带的 RNA 可以将目标基因的表达降低多达 80%。

研究人员用他们认为可能有利于击倒的两个基因测试了这种方法。第一个，SDF1，是一种通常会阻止造血干细胞离开骨髓的分子。关闭这个基因可以达到与医生经常使用的药物在需要接受放射治疗的血癌患者中诱导造血干细胞释放的药物相同的效果。这些干细胞随后被移植以重新填充患者的血细胞。

“如果你有办法抑制 SDF1，你就可以释放这些造血干细胞，这对于移植非常重要，这样你就可以从患者身上收获更多，”米切尔说。

研究人员表明，当他们使用纳米颗粒敲低 SDF1 时，可以将造血干细胞的释放增加五倍，这与现在用于增强干细胞释放的药物所达到的水平相当。他们还表明，当移植到另一只小鼠中时，这些细胞可以成功分化为新的血细胞。

“我们对最新的结果感到非常兴奋，”同时也是麻省理工学院大卫 H. 科赫研究所教授的兰格说。“以前我们已经开发出针对肝脏和血管细胞的高通量合成和筛选方法，现在在这项研究中，针对骨髓。我们希望这将导致骨髓疾病的新治疗，如多发性骨髓瘤和其他疾病。”

对抗心脏病

研究人员针对敲低的第二个基因称为 MCP1，这是一种在心脏病中起关键作用的分子。当心脏病发作后骨髓细胞释放 MCP1 时，它会刺激大量免疫细胞离开骨髓并进入心脏，在那里它们会促进炎症并导致进一步的心脏损伤。

在一项针对小鼠的研究中，研究人员发现，递送靶向 MCP1 的 RNA 会减少心脏病发作后进入心脏的免疫细胞数量。接受这种治疗的小鼠在心脏病发作后也表现出心脏组织的改善。

“我们现在知道免疫细胞在心脏病发作和心力衰竭的进展中起着如此关键的作用，”米切尔说。“如果我们能够开发出治疗策略来阻止源自骨髓的免疫细胞进入心脏，这可能是一种治疗心脏病发作的新方法。这是基于核酸的方法的首批示范之一。这。”

在宾夕法尼亚大学的实验室中，米切尔目前正在研究针对骨髓和免疫细胞的新纳米技术，用于治疗其他疾病，尤其是多发性骨髓瘤等血癌。