一项激动人心的发现可能有助于医生提供更有效的基因疗法

为了改善昂贵的医疗效果，威斯康星大学麦迪逊分校的一组电气工程研究人员开发了一种刺激方法，可以使人体更容易接受某些基因疗法。

研究人员将肝细胞暴露在短电脉冲中 – 与未暴露于脉冲电场的细胞相比，这些温和的敲击导致肝细胞吸收的基因治疗材料量是其40倍以上。该方法可以帮助减少这些治疗所需的剂量，使它们更安全、更实惠。该研究于4月30日发表在《PLOS ONE》杂志上。

基因治疗是一种很有前途的医疗技术：通过替换、改变或将新的遗传物质引入患者的细胞，医生可能能够治愈或补偿遗传疾病，包括囊性纤维化、镰状细胞病、血友病和糖尿病。

然而，基因治疗的瓶颈之一是将正确剂量的遗传物质注入靶细胞。威斯康星大学麦迪逊分校的研究表明，施加适度的电场，不会对接受电场的细胞造成持久的损害，可以帮助创造更有效的疗法。

该项目始于大约十年前，由威斯康星大学麦迪逊分校的世界知名移植外科医生汉斯·索林格（Hans Sollinger）发起。他开发了一种针对1型糖尿病的基因疗法，这是一种攻击胰腺的自身免疫性疾病，胰腺是产生胰岛素的器官。

Sollinger的治疗策略使用肾上腺相关病毒将胰岛素产生的遗传密码传递到肝细胞中，该病毒有助于将治疗基因运输到细胞膜上。然后，这种DNA可以在肝细胞中驻留，产生胰岛素而不会受到胰腺免疫系统的攻击。

虽然Sollinger已经证明了这种疗法在概念上是有效的，但他认为这种疗法的未来取决于分娩。他求助于苏珊·哈格内斯（Susan Hagness）和约翰·布斯克（John Booske），他们都是威斯康星大学麦迪逊分校的电气和计算机工程教授，他们有用电脉冲治疗人体细胞的经验。

“我们开始讨论的是局部的、有针对性的递送，以及是否有一种方法可以将治疗DNA直接进入肝脏，而不会通过整个身体并触发免疫系统，”Hagness说。“以及我们是否可以使用电脉冲来使这种输送过程更有效，并大大减少所需的剂量。

研究人员此前发现，将细胞暴露在电场中通常可以增加分子穿过细胞膜进入细胞内部的能力。因此，在这项最新研究中，博士生Yizhou Yao试图确定该技术是否会增加病毒颗粒对肝细胞的渗透。

使用人类肝癌细胞（一种用于研究肝脏的模型系统），Yao将成批的细胞暴露于含有荧光绿色蛋白的各种浓度的基因治疗病毒颗粒中。她使用一对电极向一些样品传递80毫秒的电脉冲，然后将所有细胞孵育12小时。

48小时后，当她在荧光显微镜下检查结果时，姚发现只有一小部分 没有 接收到电脉冲的细胞发出绿色光。与此形成鲜明对比的是， 那些接受 zap的细胞积累了大约40倍于病毒传递的荧光绿色蛋白质的数量。

虽然结果提供了令人信服的证据，证明脉冲有助于促进病毒渗透细胞壁，但Booske说，该团队尚未确切发现该过程在分子水平上是如何工作的。

“关于电脉冲的了解已经足够多了，我认为我们可以自信地说，它正在通过细胞膜打开纳米孔，”他说。“但后来姚明得到了这个非凡的结果，我们突然意识到，病毒颗粒通常比裸分子颗粒更大、更复杂，而且它们已经有了自己的进入细胞的方式。所以，我们真的不知道是毛孔张开直接还是间接地与它有关。

Sollinger 于 2023 年 5 月去世，但该团队表示，他的遗产将通过对该项目的持续研究和其他小组的工作而继续存在。电气工程研究人员正在利用外部资金进行下一步行动，并乐观地认为该技术最终将转化为临床试验。

将于2024年毕业的姚明说，她知道这项研究将是跨学科的，但没有意识到它会走多远。

“我是一名受过培训的电气工程师，我没有生物学背景，”她说。“在此之前，我最后一次使用显微镜是在高中。这是一个相当陡峭的学习曲线，学习培养细胞和执行生物学协议。但我真的很喜欢这个项目，喜欢它的最终目标，那就是让世界变得更美好。

其他作者包括辛辛那提儿童医院医疗中心的Robert W. Holdcraft。