宾夕法尼亚州立大学的研究人员称，一种新开发的静脉注射“GPS纳米颗粒”可以瞄准癌细胞，向与肿瘤生长和扩散有关的蛋白质提供基因冲击。他们在人类细胞系和小鼠中测试了他们的方法，以有效地敲除致癌基因，报告称该技术可能为众所周知的难以治疗的基底样乳腺癌提供更精确和有效的治疗。

他们今天(3 月 11 日)在ACS Nano上发表了他们的研究成果。他们还提交了临时申请，为本研究中描述的技术申请专利。

“我们开发了一种 GPS 纳米颗粒，可以找到需要的位置，”宾夕法尼亚州立大学纳米医学 Dorothy Foehr Huck & J. Lloyd Huck 讲座教授、核工程和材料科学与工程教授Dipanjan Pan说道。 。“一旦到达那里——而且只有到达那里——它就可以传递基因编辑蛋白，以防止癌细胞扩散。这是一项艰巨的任务，但我们证明该系统适用于基底细胞样乳腺癌。”

与三阴性乳腺癌类似，基底样乳腺癌的发病率可能低于其他乳腺癌，但治疗起来却更具挑战性，主要是因为它们缺乏其他乳腺癌中发现的三个治疗靶点。它们也往往具有攻击性，肿瘤生长迅速，脱落的细胞扩散到身体其他部位。这些细胞可以种植更多的肿瘤，这一过程称为转移。

“转移是一个巨大的挑战，特别是对于三阴性乳腺癌和基底样乳腺癌等癌症，”潘说。“这种癌症很难被发现，并且在常规乳房X光检查中不会被发现，它主要影响可能尚未接受预防性护理的年轻人或非裔美国人。结果可能非常非常差，因此当癌症没有及早发现时，对更有效治疗的临床需求显然未得到满足。”

该团队制造了一种特洛伊木马纳米颗粒，用专门设计的脂肪分子(看起来像天然存在的脂质)对其进行伪装，并将其装满 CRISPR-Cas9 分子。这些分子可以靶向细胞的遗传物质，识别特定基因并将其敲除，或使其失效。在这种情况下，该系统针对人类叉头框 c1 (FOXC1)，该蛋白参与引发转移。

潘将设计的脂质描述为“两性离子”，这意味着它们在纳米粒子的外壳上具有接近中性的电荷。这可以防止人体的免疫系统攻击纳米颗粒——因为它伪装成一种无威胁的正常分子——并且可以帮助释放有效负载，但前提是脂质识别出癌细胞的低pH环境。为了确保脂质仅在较低的 pH 值下激活，研究人员设计了它们，一旦进入酸性更强的肿瘤微环境，它们的电荷就会转变为正电荷，从而触发有效负载的释放。

但人体空间很大，那么研究人员如何确保 CRISPR-Cas9 有效负载到达正确的目标呢?为了确保纳米颗粒能够与正确的细胞结合，他们附着了上皮细胞粘附分子(EpCAM)，已知该分子可以附着在基底样乳腺癌细胞上。

潘说：“没有人尝试过通过环境响应传递系统来靶向基底样乳腺癌细胞，该系统可以从基因上敲除感兴趣的基因。” “我们是第一个证明这是可以做到的。”

其他人开发了病毒传递系统，劫持病毒颗粒将治疗药物传递给细胞，以及使用纳米粒子的非病毒传递系统。潘说，他的团队的方法的不同之处在于表面脂质设计为仅在目标环境中做出反应，这减少了脱靶传递和对健康细胞造成伤害的可能性。此外，他补充说，由于身体不认为脂质是一种威胁，因此产生免疫反应的机会较小，他们在实验中验证了这一点。

该团队首先在人类三阴性乳腺癌细胞中测试了该方法，验证纳米颗粒能够在正确的环境中部署 CRISPR/Cas9 系统。他们证实，纳米颗粒可以找到进入小鼠模型肿瘤的途径，部署该系统并成功敲除 FOXC1。

潘说，下一步，研究人员计划继续测试纳米颗粒平台，最终目标是将其应用于人类临床。

“我们还在探索如何应用该平台技术，”潘说。“我们可以定制表面的分子及其携带的有效负载，并用它来促进其他区域的愈合。这个平台有很大的潜力。”

第一作者帕里克希特·莫伊特拉 (Parikshit Moitra) 在进行这项研究时是宾夕法尼亚州立大学潘实验室的核工程研究助理教授，现在是贝汉普尔印度科学教育与研究学院的助理教授;David Skrodzki、Matthew Molinaro、Nivetha Gunaseelan 都是宾夕法尼亚州立大学的博士生;Dinabandhu Sar，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校;Teresa Aditya，宾夕法尼亚州立大学核工程博士后研究员;Dipendra Dahal 和 Priyanka Ray 都是潘所在的马里兰大学巴尔的摩分校实验室的博士后研究员。