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顾臻团队再创医疗“黑科技”,为免疫治疗药物“加载体”、“装导航”,可直达白血病骨髓深处癌细胞

2018-11-05
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10 月 30 日,加州大学洛杉矶分校(UCLA)生物工程学教授顾臻在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 发表一项重磅成果,研究人员通过一种“联合细胞药物递送”技术,将抗癌药物直接输送到骨髓中,大幅提升白血病的治疗效果。

 

动物实验表明,通过联合细胞快递技术的治疗,能够延缓小鼠急性髓性白血病(AML)的进展。与对照组相比,治疗使得小鼠病灶显著减小,87.5% 的小鼠存活时间增加了一倍。


图 | 着色后扫描电子显微镜下连接在一起的造血干细胞(紫色)和血小板(绿色)(来源:加州大学洛杉矶分校)

 

AML 是一种病发于骨髓,并会扩散到血液和身体其它部位的癌症。正因如此,常规的治疗手段比如化疗,很难影响到躲在骨髓深处的癌细胞,这也是 AML 治疗后的容易复发的主要原因。

 

除了传统的放化疗,近年来肿瘤的免疫治疗频频取得重大进展,对肿瘤免疫治疗作出突出贡献的三位科学家也因此荣获今年的诺贝尔生理或医学奖。但是,各种各样的 PD-1 抑制剂,也面临着难以深入骨髓的障碍。

 

为了解决这一问题,顾臻教授团队设计了一套精巧的思路:将 PD-1 抑制剂“搭载”在血小板上,再将血小板与造血干细胞“化学结合”。由于造血干细胞会回到骨髓中,所以在造血干细胞的带领下,PD-1 抑制剂就能深入骨髓,并阻断癌细胞表明的免疫抑制,从而引发免疫细胞对骨髓内癌细胞的攻击。


图 | 联合细胞药物递送系统(来源:Nature)

 

这是第一个将两种不同细胞连接在一起用于治疗目的尝试。“这部分细胞组合就像一辆运货卡车,我们可以在血小板的细胞表面包装药物或免疫系统助推器,并让它们在身体内的目标部位完成激活和卸载。”顾臻教授说。

 

论文第一作者、顾臻研究小组的前博士生 Quanyin Hu 表示:“造血干细胞就像是指向骨髓的导航信号,一旦干细胞将组合细胞引导到骨髓中,血小板就可以被激活。他们在骨髓内释放免疫治疗药物,以激活身体自身的免疫系统,在这种情况下,T 细胞会杀死白血病癌细胞。”

 

研究人员同时指出,该技术入股和化疗或细胞疗法等联合使用,会更好地发挥白血病的治疗效果。而且接下来,研究人员还会尝试将该技术用于白血病之外的癌症治疗。


变革性的药物输送系统


其实,除了“联合细胞快递技术”,顾臻所在的加州大学洛杉矶分校顾臻实验室(Gu iMedication Lab),一直以来都在探索将生物材料设计、生物大分子工程和微/纳米制造整合到新的药物递送策略中。

 

近些年来,顾臻实验室也已经开发出了一系列变革性的药物输送系统,特别是用于癌症和糖尿病的治疗,以及提高患者的生活质量。

 

2015 年,顾臻研究组关于智能胰岛素贴片的研究工作发表在《美国国家科学院院刊(PNAS)》上,被各大媒体争相报道。


图 | 智能胰岛素贴片(来源:PNAS)

 

这种如一块硬币大小的贴片上,上面覆盖着超过 100 个微小细针,微针上装有胰岛素和葡萄糖感应酶。当智能贴片检测到血糖水平升高时,贴片上的微针即可自动释放一定剂量的胰岛素,从而实现血糖监测和调控的目的。

 

小鼠实验表明,智能贴片能够将血糖升高的小鼠血糖水平在 30 分钟内降低到正常水平,并且能够维持数个小时。

 

这种由无毒生物相容性材料制成的无痛智能贴,为终结糖尿病患者厌倦的胰岛素注射,带来了新的希望。

 

2017 年,顾臻团队与中国科学院长春应用化学研究所的科学家联合,发明了一种减肥黑科技——减肥贴片。类似于前面提到的智能胰岛素贴片,这次研究人员则是将减肥药物装入纳米颗粒,再将纳米颗粒放入微针中。


图 | 减肥贴片(来源:ACS NANO)

 

想瘦肚子,就把贴片贴到肚子上,简直是想瘦哪里贴哪里。这些通过微针定点释放到脂肪组织中的药物,能够将皮下白色脂肪转变为棕色脂肪并分解产热,从而避免了口服或静脉注射减肥药对身体的副作用伤害。

 

在肥胖小鼠中的验证实验表明,这种携带减肥药的减肥贴片能使小鼠体重在 4 周内减少大约 15%,下腹部的白色脂肪最高减掉了 30%。

 

不光是贴片,顾臻团队曾在 2017 年 1 月发表的论文中就提到,利用血小板递送 PD-L1 抗体药物,用于靶向术后的残余肿瘤。这并非顾臻团队脑洞大开,仔细了解会发现简直是巧夺天工。


图 | 携带免疫检查点抗体的血小板(来源:Gu iMedication Lab)

 

因为对于肿瘤手术切除来说,术后复发是一个很大概率的事情,看起来手术切除得很干净,但是难免会有残余的癌细胞以及进入外周血的循环肿瘤细胞。而手术后大量发挥止血功能的血小板会聚集到手术部分,启动伤口的愈合。于是研究人员就尝试将免疫检查点抑制抗体依附在血小板的表面,以借助血小板的力量将癌细胞“赶尽杀绝”

 

在此基础之上,顾臻团队本次开发出的“联合细胞快递技术”,正是又给携带抗癌药物的血小板,“加装”了一个可以导航到白血病患者骨髓内部的造血干细胞。不得不为顾大神的创造力所折服。

 

除此之外,顾臻团队还曾开发出一款人造细胞,来模拟人体胰岛β细胞的功能。这种人造细胞具有双层脂膜,内部含有精心设计的胰岛素载体。当血糖水平升高时,胰岛素载体表面就会与人造细胞外膜融合,将胰岛素释放出去。也就是说,这种人造的细胞,在体内能够自主感知血糖变化,并以此自主分泌胰岛素,简直和真实的胰岛β细胞不相上下。


图 | 顾臻团队近年来发表的期刊封面成果(来源:Gu iMedication Lab)


从科学家到创业者


顾臻现目前为加州大学洛杉矶分校生物工程系和加州纳米系统研究所教授,同时还是三家初创公司的联合创始人。


2003 年,顾臻在南京大学化学系获得化学学士学位,并与 2006 年在南京大学获得高分子化学与物理学硕士学位。后进入美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)化学和生物分子工程系,并在导师 Yi Tang 博士的指导下,于 2010 年获得博士学位。


2010 年至 2012 年,在麻省理工学院和哈佛医学院的 Robert Langer 博士那里做博士后研究。在 2018 年加入加州大学洛杉矶分校之前,他已经成为北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学工程联合学系 Jackson Family 杰出教授。


顾臻目前已经发表的研究论文多达 140 多篇,并申请 50 多项专利,主要集中在用于癌症和糖尿病等疾病治疗的药物控释、生物材料和纳米生物技术领域。他还曾获美国糖尿病学会青年科学家奖、美国糖尿病学会 Pathway 加速研究奖、Sigma Xi 协会青年教授研究奖、斯隆研究奖等。


图 | 顾臻教授(来源:Gu iMedication Lab)


2015 年,顾臻教授被《麻省理工学院科技评论》杂志评为“2015 年全球 35 位 35 岁以下杰出青年创新人物”,并破格通过北卡罗来纳大学终身教授评审,成为最年轻的美国大学终身教授之一。相关成就也多次被《时代周刊》等媒体报道。


据了解,为将在实验室开发的糖尿病和癌症治疗技术加速转化并投入商业运作,顾臻教授在 2015 年就创立了一家研发智能化递药制剂及器件的平台技术公司 ZenomicsInc。此外,他还在南京成立一家专注免疫治疗药物局部与靶向递送的公司。


顾臻曾对实验室科技的商业化转换发表看法:“前方肯定有很多艰难险阻,但不迈出去,创新只能在纸面上呈现,很难来到最需要它们的病患的身边。”


期待顾大神能带来更多的医疗黑科技,以造福更多癌症和糖尿病等患者,不仅提升疾病治疗效果,还能改善患者生活质量。


-End-

 

参考:

http://newsroom.ucla.edu/releases/ucla-bioengineers-develop-potential-therapy-boost-for-leukemia

https://www.nature.com/articles/s41551-018-0310-2

https://imedicationlab.net/



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