逍遥学能 2016-06-15 08:10
显微镜图片显示，在体内注射三天之后，从一个三维支架上可搜集到许多免疫系统的树突状细胞。这种三维支架能有效地聚集并激活树突状细胞，引发对抗癌细胞等特异性细胞的免疫反应。
扫描电镜图片显示，介孔二氧化硅棒能自动组装成三维支架。这种三维支架具有大量的孔隙，可以容纳数以千万计的免疫细胞。
据国外媒体报道，癌症之所以致命的原因之一，是癌细胞能避开人体免疫系统的攻击，肿瘤也因此得以肆意生长和扩散。科学家尝试利用免疫疗法，诱导免疫系统对癌细胞发起进攻并建立持续的免疫抵抗机制。现在，哈佛大学维斯生物工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)和哈佛大学工程与应用科学学院的研究者向我们展示了一种新的方法。这是一种非手术注射的可编程生物材料，能够在人体内自发地组装成三维结构，对抗甚至帮助预防癌症和类似艾滋病的传染病。他们的发现发表在近期的《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)上。
研究作者、维斯研究所核心成员、哈佛大学工程与应用科学学院生物工程教授大卫?穆尼(David Mooney)博士说：“我们能利用微创方法将三维结构送入体内，聚集并激活免疫细胞，对体内的有害细胞进行锁定和攻击。”
这种可生物降解的棒状结构由介孔二氧化硅棒(MSRs)制成，能携带生物和化学药物，通过皮下针刺进入体内。在接种的部位，这些材料能自动组装，形成一个三维支架。介孔氧化硅棒的孔隙足够聚集并充满大量的树突状细胞。在哺乳动物体内，树突状细胞是重要的免疫细胞，能够施加抗原物质在免疫系统中的其他细胞上。换句话说，它们是体内的“监督”细胞，能在监测到有害情况时，刺激并控制免疫反应。
共同主要作者、韩国成均馆大学化学工程教授、前维斯研究所博士后研究人员Jaeyun Kim博士说：“纳米级的介孔二氧化硅粒子已经应用于从内部操纵细胞个体，但这是第一次采用较大的微米级颗粒，在体内形成可以聚集上千万免疫细胞的三维支架。”
介孔二氧化硅棒是在实验室中合成，内部具有许多小孔，称为纳米孔(nanopores)。纳米孔内可以填充特异性细胞因子、寡核苷酸、大蛋白抗原或其他各种药物，在治疗大范围感染时可以采用大量的可能组合。
“尽管目前我们的焦点是开发癌症疫苗，但未来我们或许能操纵某种类型的树突状细胞，或其他类型的免疫细胞，通过从介孔二氧化硅棒释放的细胞因子，使它们聚集在三维支架中，”共同主要作者、哈佛大学工程与应用科学学院生物工程博士生Aileen Li说，“通过调整介孔二氧化硅棒表面的性质，及其内部孔隙的大小，就可以控制各种蛋白和药物的介入和释放。我们可以操纵免疫系统对多种疾病进行治疗。”
一旦三维支架聚集了体内的树突状细胞，介孔二氧化硅棒内的药物就会释放，从而触发树突状细胞的“监控”机制，引起免疫反应。激活的树突状细胞会离开三维支架，前往淋巴结，在那里“拉响警报”，指导免疫系统对癌细胞等特异性细胞进行攻击。在注射的部位，介孔二氧化硅棒会生物降解，并在几个月内自然溶解。
目前，研究者只在老鼠身上试验了三维支架，但已经发现效果十分明显。一个实验显示，可注射三维支架在老鼠体内聚集了数百万的树突状细胞，之后这些细胞分散到淋巴结中，引发了有效的免疫反应。
这种疫苗可以很容易、快速地生产出来，因此在面对新型传染病的时候，能够非常快速且广泛地得到应用。大卫?穆尼说：“我们预计，三维疫苗可以广泛应用于许多情况下，它们的可注射特性也使其很容易在诊所内外进行操作。”
由于这些疫苗的原理是触发体内的免疫反应，因此这一方法还能发挥预防的作用，在感染之前就在体内建立起免疫抵抗机制。
“可注射免疫疗法是利用可编程生物材料作为有效的传送工具，实现针对性的治疗和预防方案，这一方法能够对抗许多致命的感染，包括众所周知的全球杀手艾滋病和埃博拉，以及癌症。”维斯研究所创始主任、哈佛大学工程与应用科学学院教授Donald Ingber博士说，“这些三维疫苗提供了一种微创传送的方式，针对那些能够避开免疫检测的疾病，实现了有效模拟体内免疫反应的治疗方法。”