世界最小人造病毒結(jié)構(gòu)將有助于基因治療

世界最小人造病毒結(jié)構(gòu)將有助于基因治療

2016年09月30日訊 英國研究人員最新合成出一種人造病毒結(jié)構(gòu)，直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有的人造病毒及天然病毒，有望在基因治療領(lǐng)域發(fā)揮實用價值。英國國家物理實驗室等機(jī)構(gòu)研究人員在最新一期《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上報告說，這項研究的主要特點在于，研究人員在合成這種人造病毒結(jié)構(gòu)過程中，沒有使用大型且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)來制作病毒結(jié)構(gòu)外殼，而是以非常短小的蛋白質(zhì)“碎片”來拼裝。

據(jù)英國國家物理實驗室介紹，這種人造病毒結(jié)構(gòu)的直徑只有12納米（1納米等于10億分之一米），是全球已知病毒中體積最小的一個。此外，這種人造病毒結(jié)構(gòu)比較有可塑性，能夠靈活地適應(yīng)包裹不同大小的基因。

研究人員說，未來可以將這種人造病毒結(jié)構(gòu)當(dāng)成一個載體，將大小不一的基因包裹其中，從而安全地將基因運送到人體細(xì)胞中，且不產(chǎn)生副作用。

基因治療是一種新興醫(yī)療技術(shù)，是指將外源正?；?qū)肽繕?biāo)細(xì)胞，以糾正或補(bǔ)償基因缺陷和異常引起的疾病。病毒自身不能復(fù)制，當(dāng)接觸到宿主細(xì)胞時就脫去其蛋白質(zhì)外殼，將自己的遺傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞內(nèi)。近年來，研究人員希望通過模擬病毒感染宿主細(xì)胞的方式，用人造病毒結(jié)構(gòu)作為載體進(jìn)行基因治療。

人造病毒簡介

紐約州立大學(xué)斯托尼布魯克分校的研究人員于2002年制造出這種“假”脊髓灰質(zhì)炎病毒。研究人員說，他們重新排列了脊髓灰質(zhì)炎病毒的脫氧核糖核酸（DNA）的4種堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。這些堿基組成和排列順序決定生物的遺傳性狀。堿基通過不同的排列組合成氨基酸，進(jìn)而構(gòu)成蛋白質(zhì)。同一種氨基酸可通過不止一種堿基排列組合形成，但不知為何，生物體通?？偸瞧珢厶囟ǖ膲A基組合。

人造病毒具有對光發(fā)生反應(yīng)、能釋放出活性氧的高分子“外殼”，殼內(nèi)包裹著治療用基因，直徑約有100納米。把這種人造病毒放入細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)被負(fù)責(zé)物質(zhì)搬運的小泡吸收，一經(jīng)照射光線，高分子外殼即釋放出活性氧破壞小泡的膜，在殼中包裹的治療用基因進(jìn)入細(xì)胞并進(jìn)到細(xì)胞核內(nèi)。

非病毒載體的非病毒載體介導(dǎo)基因治療需克服的屏障

非病毒載體克服的基因轉(zhuǎn)染效率很低。這主要是非病毒載體介導(dǎo)基因治療需要克服3道屏障：細(xì)胞膜、內(nèi)涵體-溶酶體系統(tǒng)、核膜。
要提高非病毒載體基因轉(zhuǎn)染效率，就必須要使載體能有效的跨越細(xì)胞膜即增強(qiáng)細(xì)胞對復(fù)合物的攝取; 其次要保護(hù)基因不受內(nèi)涵體溶酶體系統(tǒng)酸性環(huán)境的破壞降解，并能使內(nèi)涵體溶酶體有效的釋放基因; 最后，基因要進(jìn)入細(xì)胞核表達(dá)目的蛋白就必須要能有效的跨越核膜。 為提高攝取率，就要提高復(fù)合物的細(xì)胞靶向性，增強(qiáng)與細(xì)胞膜的作用。
1、連接靶向配體
在非病毒載體骨架上接上配體，與相應(yīng)的細(xì)胞表面受體特異性結(jié)合，加強(qiáng)復(fù)合物的細(xì)胞靶向，增加細(xì)胞對復(fù)合物的攝取，從而增加基因的表達(dá)。
轉(zhuǎn)鐵蛋白是一種內(nèi)源性的糖蛋白，多數(shù)腫瘤細(xì)胞過表達(dá)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，在載體上接入轉(zhuǎn)鐵蛋白可提高納米復(fù)合物的癌細(xì)胞靶向性，增加細(xì)胞對復(fù)合物的攝取率從而增強(qiáng)基因的表達(dá)。
2、載體材料的結(jié)構(gòu)修飾
載體材料是攜帶基因達(dá)到靶細(xì)胞的運輸工具，其結(jié)構(gòu)影響復(fù)合物達(dá)到靶細(xì)胞的效率 通過載體材料的修飾可以改善其溶解性，屏蔽其過多的表面電荷，降低細(xì)胞毒性 另外載體材料結(jié)構(gòu)修飾可以更好的包裹基因，保護(hù)基因不被破壞，提高細(xì)胞靶向性，增強(qiáng)與細(xì)胞膜的作用。
聚乙二醇(polyethyleneglycol ，PEG ) 是親水性很強(qiáng)的聚合物，常用來修飾納米粒載體以改善其水溶性或者屏蔽其表面電荷，但PEG修飾后的納米粒細(xì)胞攝取率很低，這很大程度上限制了PEG在納米載體上的運用。為了克服低轉(zhuǎn)染效率問題運用低聚PEG修飾載體，這樣可以減小空間位阻有利于細(xì)胞的攝取。
3、賦予納米?！半[形”的特性
基因轉(zhuǎn)染效率要高，首先要求納米粒能有效的集中于靶細(xì)胞，增強(qiáng)靶細(xì)胞的攝取 但一般的納米粒粒徑較大，進(jìn)入體循環(huán)后很容易被體內(nèi)的單核細(xì)胞吞噬系統(tǒng) (MPS) 所吞噬，并在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES） 中聚集，這使得達(dá)到靶細(xì)胞的納米粒的量極少，導(dǎo)致體內(nèi)轉(zhuǎn)染時效率極低。目前發(fā)展的隱形納米粒具有粒徑小，水溶性高的特點，能有效的避免MPS的吞噬，減少體循環(huán)中的降解。而這種隱形作用，主要取決于納米粒的粒徑大小和水溶性納米粒半徑控制在100nm以下，并采用親水材料修飾形成親水層，可以避免或者減少體內(nèi)單核細(xì)胞吞噬系統(tǒng)的吞噬，使其在體循環(huán)中存在時間更長，能有效地轉(zhuǎn)運到靶器官或組織。 內(nèi)涵體溶酶體系統(tǒng)的酸性環(huán)境往往導(dǎo)致基因的破壞，其中的核酸酶則會導(dǎo)致基因的降解這都使基因轉(zhuǎn)染效率大大下降。 因此，保護(hù)基因在內(nèi)涵體溶酶體系統(tǒng)的完整性和促使基因從該系統(tǒng)中的釋放是提高非病毒載體基因轉(zhuǎn)染效率的行之有效的方法。
1、加入溶酶體酶傾向劑
增加載體基因復(fù)合物在內(nèi)涵體吞噬泡中釋放的一種可行措施是在轉(zhuǎn)染時加入溶酶體酶傾向劑，如氯喹。研究顯示氯喹能增加基因轉(zhuǎn)染效率可能包括3種機(jī)制：①緩沖吞噬泡中的；②替代復(fù)合物中的載體；③ 改變釋放后核酸的生物物理學(xué)特性。
2、三元復(fù)合物載體材料
為了提高基因轉(zhuǎn)染的效率可以在原有的納米載體基因復(fù)合物的基礎(chǔ)上再接入另一種質(zhì)子緩沖材料，形成三元復(fù)合物，緩沖溶酶體中的酸性環(huán)境，提高基因轉(zhuǎn)染效率。由于接入材料的理化性質(zhì)，在保護(hù)基因不受降解同時使基因易于從內(nèi)涵體溶酶體中釋放到細(xì)胞質(zhì)中從而提高轉(zhuǎn)染效率。 基因治療的第三道屏障是核膜，目的基因能否有效地進(jìn)入細(xì)胞核直接關(guān)系到基因的轉(zhuǎn)染效率。非病毒載體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)染效率不高，主要是外源基因難以有效的導(dǎo)入到細(xì)胞核，導(dǎo)致基因在細(xì)胞質(zhì)中被核酸酶降解。
核蛋白定位 信號（NLS）是一種富含精氨酸、賴氨酸等堿性氨基酸的短肽，能有效的介導(dǎo)蛋白或者核酸的跨核膜轉(zhuǎn)運。目前常用的NLS有魚精蛋白，低相對分子質(zhì)量的魚精蛋白，SV40大T蛋白 非病毒載體通過NLS修飾后，不僅可以協(xié)助基因的跨核膜轉(zhuǎn)運，同時可以提高細(xì)胞攝取率.

重組DNA技術(shù)在現(xiàn)代分子生物學(xué)發(fā)展中的意義?

可以提取可用于基因治療的基因工程細(xì)胞，進(jìn)一步了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病分子基理，也對于人類醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有重要意義
另外，根據(jù)重組技術(shù)所制造的基因芯片，基因芯片即通過微價格技術(shù)將特定序列DNA片段（基因探針）固定與硅片上，基因芯片可用于基因測序，尋找有用的目的基因或?qū)虻男蛄羞M(jìn)行分子水平上的分析 。根據(jù)還可以從分子水平上了解疾病
這主要是說重組DNA技術(shù)在現(xiàn)在分子水平上對生物醫(yī)學(xué)發(fā)展的意義，你也看到了，基本上所說的都和疾病的治療有關(guān).我知道也就這些了，看看課本說不定還會有新的思路。

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