小編母親腦中風,願醫療科技的發展能讓人們都能遠離腦中風的折磨

我們科幻電影中經常看到這樣的片段:某個奇特的儀器只需悄悄觸碰人體,就馬上治好了嚴峻的傷口。

還在幻想未來的現象嗎?現在,這種難以想象的技能現已變成了實際!來自美國俄亥俄大學的科學家們剛剛開宣布一種納米生物晶元,只需悄悄觸碰傷口幾秒鐘,就能夠快速激活細胞再生,使傷口在短期內治好。現在,他們現已成功醫治了小鼠腿部重傷,並運用這種技能將皮膚細胞轉換為腦神經細胞,然後幫助治好小鼠的中風。不得不說,這是再生醫學範疇里程碑式的打破!近來,《Nature Nanotechnology》刊登了該研討的論文 ,揭開了它的神秘面紗。下面,未止科技小編就帶領我們具體了解一下這項技能吧。

多年曾經,中山申彌就發現,細胞重編程(cell reprogramming)技能能夠把一般細胞轉變為誘導萬能幹細胞(iPSC)- 這些幹細胞能夠在培養皿中從頭分化成特定的安排細胞,把它們移植回人體就能起到醫治傷口和安排再生的作用。細胞療法(cellular therapy)由此誕生,成為了一種十分有潛力的再生醫學手法。但是,體外進行的細胞重編程常常在誘導和別離環節遇到阻止,並且原始細胞的來歷遭到很大約束。因而,近年來,科學家們正在急切地尋覓辦法,使細胞重編程能夠在體內進行 - 這樣一來,患者就能夠「自產」幹細胞了!不只有充裕的細胞源,還能極大提高醫治功率。

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惋惜的是,現在的體內重編程技能首要依靠病毒轉染來導入編程基因 - 它的靶向隨機性無法防止,並且很簡略帶來細胞逝世、安排感染等副作用。

為了處理這個難題,美國俄亥俄大學的Chandan Sen博士開宣布了一種名叫「安排納米轉染(tissue nanotransfection,簡稱TNT)」的技能:它能夠直接將重編程因子DNA經過納米通道輸送到方針細胞內部,然後不憑藉病毒完成體內重編程!

從本質上來說,TNT其實是一種基因投遞(Gene Delivery)技能。

首要,這個晶元上布滿直徑500納米的微管,編程因子的基因會被搭載到晶元的外表。隨後,當這個晶元觸摸到傷口外表的皮膚時,科學家會對晶元和皮膚之間施加250V的電壓。在電場的作用下,細胞膜表會進行擴張,天然構成一些微孔。Chandan博士標明,這些微孔會佔據細胞膜總面積的2%【2】。這樣一來,晶元上的納米管道就與細胞連接起來了,構成了一個通道。終究,電場會迫使晶元搭載的DNA向子彈一樣射入細胞(相似電泳的原理),然後完成對錶皮細胞的從頭編程。

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總歸,中心就是兩個要素:晶元 - 投遞基因的工具;搭載的基因- 決定重編程的類型。

聽起來如同也沒有什麼特別之處嘛!Shandan博士標明,千萬不要小看它,由於它的功率和準確性是十分驚人的。首要,一塊指甲蓋巨細的晶元,完成基因投遞只需求0.1秒 - 真的是「悄悄一碰」!其次,它的投遞功率能夠抵達100% - 而截止今天,沒有任何其它其它技能能夠超越98%【2】。

在體外研討中,Shandan博士發現,運用Etv2,Foxc2和Fli1三種編程因子DNA的組合(EFF),能夠讓皮膚細胞轉變成誘導內皮細胞(iEC)- 它們能夠從頭分化為血管壁細胞。進一步研討標明,EFF投遞確實能夠促進血管生成。所以,Shandan博士開端考慮活體試驗:是不是能夠運用TNT投遞EFF因子,直接醫治動物的血管傷口?

Shandan的研討小組馬上找來的小鼠作為試驗目標,並人為損害了小鼠的後肢血管,造成了部分貧血癥狀(聽上去有點殘暴。。。)。三天後,一部分走運的小鼠承受了TNT技能的醫治 - 運用一塊2X1厘米的晶元,觸摸受傷血管上面的皮膚幾秒鐘,便注入了EFF因子。而另一部分不幸的小鼠則作為對照組,沒有承受任何醫治。一周后,注入EFF因子的小鼠,部分表皮細胞開端轉變為血管細胞。兩周之後,新血管開端生成。第三周,更奇特的工作發生了:這些小鼠的血管面目一新,徹底得到了治好!

下圖展現了該研討最中心的作用。在TNT醫治后,本來沒有血液流動的傷口區域,又康復了活潑狀態。而從生理外觀來看,小鼠後肢也徹底康復了正常【3】。而對照組小鼠的傷口卻無法天然癒合。

免疫熒光實驗也清楚地展示了血管生成過程中的關鍵標誌物。

看到這兒,我們心裡肯定有疑問:晶元只能觸摸到少量表皮細胞,而血管卻在深處的肌肉中,iEC是怎麼抵達這些區域的?它們又是怎麼準確定位傷口方位的?

惋惜的是,這背面的原理暫時並不清晰,需求進一步驗證。不過,Shandan博士也根據研討給出了估測:細胞能夠經過胞外囊泡(EV)將轉染的cDNA/mRNA分散到更深處的安排 - 此刻,EV能夠作為iEC重編程信號傳播的媒介。如下圖所示:

簡略,高效,低成本,無副作用是TNT技能的最大優勢。Shandan的合作者James Lee博士標明:」這是一個十分簡略的概念。說實話,它能夠有如此好的作用,我們自己都很驚奇!」

不要認為TNT技能只是能夠醫治血管,Shandan博士標明,它的潛力是無限的,能夠醫治各種安排的損害,甚至能夠放置到體內,直接治好器官傷口 - 理論上,只需設計好重編程因子,就能夠醫治一切傷口!

現在,Shandan的小組現已進行了更斗膽的測驗:他們運用TNT技能,在小鼠皮膚外表培養出腦神經細胞,然後搜集它們,用來醫治小鼠大腦傷口。令人驚奇的是,當他們把這些細胞注射到中風小鼠的大腦後,居然讓這些小鼠康復了正常,徹底治好了中風!

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