賓夕法尼亞州立大學的研究人員稱，一種新開發的靜脈注射“GPS納米顆粒”可以瞄準癌細胞，向與腫瘤生長和擴散有關的蛋白質提供基因沖擊。他們在人類細胞系和小鼠中測試了他們的方法，以有效地敲除致癌基因，報告稱該技術可能為眾所周知的難以治療的基底樣乳腺癌提供更精確和有效的治療。

他們今天(3 月 11 日)在ACS Nano上發表了他們的研究成果。他們還提交了臨時申請，為本研究中描述的技術申請專利。

“我們開發了一種 GPS 納米顆粒，可以找到需要的位置，”賓夕法尼亞州立大學納米醫學 Dorothy Foehr Huck & J. Lloyd Huck 講座教授、核工程和材料科學與工程教授Dipanjan Pan說道。 。“一旦到達那里——而且只有到達那里——它就可以傳遞基因編輯蛋白，以防止癌細胞擴散。這是一項艱巨的任務，但我們證明該系統適用于基底細胞樣乳腺癌。”

與三陰性乳腺癌類似，基底樣乳腺癌的發病率可能低于其他乳腺癌，但治療起來卻更具挑戰性，主要是因為它們缺乏其他乳腺癌中發現的三個治療靶點。它們也往往具有攻擊性，腫瘤生長迅速，脫落的細胞擴散到身體其他部位。這些細胞可以種植更多的腫瘤，這一過程稱為轉移。

“轉移是一個巨大的挑戰，特別是對于三陰性乳腺癌和基底樣乳腺癌等癌癥，”潘說。“這種癌癥很難被發現，并且在常規乳房X光檢查中不會被發現，它主要影響可能尚未接受預防性護理的年輕人或非裔美國人。結果可能非常非常差，因此當癌癥沒有及早發現時，對更有效治療的臨床需求顯然未得到滿足。”

該團隊制造了一種特洛伊木馬納米顆粒，用專門設計的脂肪分子(看起來像天然存在的脂質)對其進行偽裝，并將其裝滿 CRISPR-Cas9 分子。這些分子可以靶向細胞的遺傳物質，識別特定基因并將其敲除，或使其失效。在這種情況下，該系統針對人類叉頭框 c1 (FOXC1)，該蛋白參與引發轉移。

潘將設計的脂質描述為“兩性離子”，這意味著它們在納米粒子的外殼上具有接近中性的電荷。這可以防止人體的免疫系統攻擊納米顆粒——因為它偽裝成一種無威脅的正常分子——并且可以幫助釋放有效負載，但前提是脂質識別出癌細胞的低pH環境。為了確保脂質僅在較低的 pH 值下激活，研究人員設計了它們，一旦進入酸性更強的腫瘤微環境，它們的電荷就會轉變為正電荷，從而觸發有效負載的釋放。

但人體空間很大，那么研究人員如何確保 CRISPR-Cas9 有效負載到達正確的目標呢?為了確保納米顆粒能夠與正確的細胞結合，他們附著了上皮細胞粘附分子(EpCAM)，已知該分子可以附著在基底樣乳腺癌細胞上。

潘說：“沒有人嘗試過通過環境響應傳遞系統來靶向基底樣乳腺癌細胞，該系統可以從基因上敲除感興趣的基因。” “我們是第一個證明這是可以做到的。”

其他人開發了病毒傳遞系統，劫持病毒顆粒將治療藥物傳遞給細胞，以及使用納米粒子的非病毒傳遞系統。潘說，他的團隊的方法的不同之處在于表面脂質設計為僅在目標環境中做出反應，這減少了脫靶傳遞和對健康細胞造成傷害的可能性。此外，他補充說，由于身體不認為脂質是一種威脅，因此產生免疫反應的機會較小，他們在實驗中驗證了這一點。

該團隊首先在人類三陰性乳腺癌細胞中測試了該方法，驗證納米顆粒能夠在正確的環境中部署 CRISPR/Cas9 系統。他們證實，納米顆粒可以找到進入小鼠模型腫瘤的途徑，部署該系統并成功敲除 FOXC1。

潘說，下一步，研究人員計劃繼續測試納米顆粒平臺，最終目標是將其應用于人類臨床。

“我們還在探索如何應用該平臺技術，”潘說。“我們可以定制表面的分子及其攜帶的有效負載，并用它來促進其他區域的愈合。這個平臺有很大的潛力。”

第一作者帕里克希特·莫伊特拉 (Parikshit Moitra) 在進行這項研究時是賓夕法尼亞州立大學潘實驗室的核工程研究助理教授，現在是貝漢普爾印度科學教育與研究學院的助理教授;David Skrodzki、Matthew Molinaro、Nivetha Gunaseelan 都是賓夕法尼亞州立大學的博士生;Dinabandhu Sar，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校;Teresa Aditya，賓夕法尼亞州立大學核工程博士后研究員;Dipendra Dahal 和 Priyanka Ray 都是潘所在的馬里蘭大學巴爾的摩分校實驗室的博士后研究員。