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【一点资讯】|生物工程系奇妙物语
时间:2018-02-09 09:37  来源:未知  作者:admin

1. Nat Commun:生物工程改造微型蚕茧保护药物分子有奇效
 

科学家们创造出了一种微型的蚕茧,能够保护敏感的药物分子在储存以及释放的过程中避免降解。他们希望这一技术能够延长药物的储存寿命以及能够帮助治疗癌症,神经退行性疾病等等。
对于科学家们来说,从自然界中寻找灵感方便人类生活是常用的手段。过去,科学家们受到自然界中酶促反应的启发生产能量,以及受到仙人掌的启发储存水资源。如今,我们利用蚕蛹的自然特性制造出了适合小分子的载体。“很多药物具有极佳的治疗效果,但其稳定性较低,难以储存。这是医疗实践中常见的问题”,该研究的首席作者,来自剑桥大学的Tuomas Knowles说道。因此,他们希望蚕茧能够帮助延长药物分子的寿命。由于蚕丝属于生物可降解残料,而且生产成本较低,因此已经被用于制作其它手术用品,包括大脑移植物、光学设备、喜宝之家以及粘性胶等等。改材料的安全性已经得到了证明。
为了改造蚕茧为人类所用, 研究者们利用了一种独特的微型工程技术,生产出了微型的仿真蚕茧,这种蚕茧的体积是自然界蚕茧的一千分之一。之后,研究者们检验了该微型蚕茧对于抗体的保护效果。众所周知,抗体是最难以保存的药物类型。在较高的浓度下,抗体往往会发生聚集现象,难以维持原有的稳定性。“通过将抗体包裹在微型蚕茧内部,我们能够显著增强其寿命,同样能够扩展抗体药物的用途范围”,Knowles说道:“我们对改造后的微型材料实现新的用途感到十分欣慰”。
相关结果发表在《Nature Communications》杂志上。

 
2. Sci Trans Med:工程化肝脏组织移植后成功扩增


许多疾病,包括肝硬化与肝炎等等,都会导致肝脏衰竭的发生。目前美国境内有超过17000名患者受到肝脏衰竭的困扰,焦急地等待肝脏移植。然而,可用的肝脏供体却供小于求。
为了解决供体短缺的问题,研究者们成功地开发出了工程化的肝脏组织。即通过将三种不同类型的细胞包被在可降解的生物活性组织框架中。在小鼠的肝脏损伤疾病模型中,研究者们发现,这一工程化的肝脏在移植进入小鼠腹腔之后,能够扩增50倍左右,并最终能够行使完整的肝脏功能。
这一工程化的肝脏能够帮助数百万饱受慢性肝脏疾病折磨,却苦于没有合适供体的患者带来了福音。相关结果发表在最近一期的《Science Translational Medicine》杂志上。
"这些患者并不急需供体移植,但的确患有肝脏疾病,如果工程化的肝脏能够最终进入临床,那么将会同时为这些患者提供帮助",该文章的作者Kelly Stevens博士说道。
2011年,Bhatia等人开发出了工程化的组织框架,这一结构能够移植进入小鼠的腹腔中。之后,框架中的肝脏细胞能够与小鼠原有的循环系统整合起来,从而能够获得血液供给以及实现肝脏的功能。然而,这结构能够含有的肝脏细胞数量不足100万,而健康的人肝脏至少有1000亿细胞。Bhatia认为,如果要想对肝脏患者提供帮助,移植的肝脏细胞数量至少要达到10%-30%。
为了提高肝脏细胞的数量,研究者们希望初始移植的肝脏细胞能够通过自我复制的方式达到这一目的。"肝脏是我们机体中唯一能够增殖的成熟器官",Bhatia说道。
通过与其它研究者们进行合作,Bhatia等人向微型的肝脏结构中放入肝脏细胞、成纤维细胞以及内皮细胞,并最终让其在体内增殖分化形成可替代的肝脏。
当这一工程化的肝脏移植进入小鼠体内后,能够受到外周环境的信号影响。这些信号,包括生长因子、酶、以及其它分子在内,在肝脏受到损伤时会自然产生,而且能够激活内皮细胞形成血管,并且激活肝脏细胞增殖,以至于发生近50倍的扩增,形成正常的肝脏组织。
研究者们相信,如果这一技术能够进入临床实践的话,将会对等待移植大多数肝脏患者提供新的希望。
 

3. Nature:重磅!开发出模拟自然发育的生物工程人肝脏组织


在一项新的研究中,来自德国、美国和日本的研究人员利用他们开发出的生物工程人肝脏组织发现了之前未知的控制肝脏器官发育过程的分子-细胞交谈网络,这极大地促进利用人多能性干细胞产生健康的可使用的人肝脏组织的努力。他们报道,在临床试验中测试他们的生物工程人肝脏组织之前,仍然需要对它们开展进一步的分子微调。相关研究结果于2017年6月14日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Multilineage communication regulates human liver bud development from pluripotency”。论文通信作者为美国辛辛那提儿童医学中心肠胃病、肝脏与营养科研究员Takanori Takebe博士、德国马克斯-普朗克进化人类学研究所研究员Barbara Treutlein博士和日本横滨市立大学医学研究生院再生医学系研究员Keisuke Sekine博士。
当前治疗晚期肝病的唯一方法是肝脏移植,然而从死亡供者体内获得的肝脏数量是有限的。基于这一点,再生医学的一个主要目标是获得自我组装的人组织,即细胞在准确的时间和空间经历一系列协调的分子事件,从而形成功能性的三维肝芽(liver bud)。
阐明胚胎内胚层发育中的分子-细胞交谈的详细细节和环境对这种技术的治疗潜力是至关重要的。肝脏是在胚胎内胚层中形成的。
Takebe说,“利用生物工程手段制造出可移植的肝脏和肝脏组织的能力对需要接受新的创新性疗法拯救生命的肝病患者而言是有极大益处的。我们的数据让我们对发育中的肝细胞之间的胞间通信获得新的详细理解,并且证实我们能够产生显著接近于再现人自然发育中的胎儿细胞产生的肝芽。”
基因蓝图
在当前的这项研究中,这些研究人员利用单细胞RNA测序(RNA-Seq)监控当将细胞在三维环境中结合在一起时,单个细胞如何发生变化。在这种三维环境中,血管细胞、结缔组织细胞和肝细胞发生复杂的通信。
单细胞RNA-Seq技术的主要优势在于它提供每一个细胞类型的基因活性蓝图。这些研究人员着重绘制在将这些细胞放置在一起形成肝脏组织之前和之后,每个不同细胞中的有活性的转录因子、信号分子和受体的完整蓝图。
这些研究人员报道他们观察到分子-细胞交谈发生显著的变化,以及当这些细胞在三维环境中一起生长时它们如何作出表现。
单细胞RNA-Seq分析也有助对利用干细胞产生的三维工程肝脏组织与自然发生的人胎儿肝细胞和成人肝细胞进行比较。这些研究人员观察到实验室培养的肝芽具有的分子特征谱和基因特征谱非常类似于在自然发育中的人肝细胞内发现的这些特征谱。
特别地,他们着重揭示出细胞产生的促进血管形成的一种信号蛋白(即血管内皮生长因子,VEGF)和与VEGF进行通信而有助促进血液供应到发育中的肝脏的一种蛋白受体(即KDR受体)之间的分子交谈。当前的这项研究证实VEGF和KDR之间的通信在指导肝脏组织发育和成熟中发挥着至关重要的作用。
这些研究人员指出他们在小鼠肝细胞、自然的人肝细胞和他们的生物工程肝脏发育期间观察了这种交谈。
Trentlein说,“我们的数据非常高清晰地揭示出不同类型的细胞之间的这种对话以一种可能模拟在人发育期间发生的情形的方式让这些细胞发生变化。尽管针对如何在培养皿中最好地产生功能性的人肝脏组织仍然还有很多东西要去了解,但是这项研究是在这个方向上取得的一项重大进展。”
自然组织vs生物工程组织
这些研究人员注意到在这些产生的肝芽中的基因表达谱(如基因在哪里和何时表达)并不完全地匹配自然的人肝细胞。自然的组织和生物工程组织之间的剩余差异可能来自培养皿中的细胞独特微环境和人或动物体内的细胞微环境导致的不同发育线索。
这些研究人员写道,在当期的这项研究中发现的这些新的细胞和分子数据将“在未来被用来进一步改进肝芽类器官形成”和“准确地再现人胎儿发育中的所有细胞类型的分化”。
 

4. 脑洞大开!大肠杆菌毒素工程化,化身癌症特异性诊断利器!


研究大肠杆菌也许可以帮助科学家们开发出更好的检测癌症的新工具。一组来自格里菲斯大学糖组学研究所、阿德莱德大学和昆士兰大学的科学家们在近日发表于Scientific Reports上的新研究中详细解释了他们的新发现。
来自糖组学研究所的Michael Jennings教授解释说大肠杆菌可以产生一种能够结合细胞表面一种不寻常糖类的毒素,该糖类属于细胞表面碳水化合物(Neu5Gc)的一部分,而正常细胞表面没有这种糖类。
“毒素识别的结构是一种肿瘤抗原,也就是一种由肿瘤细胞产生的可以用于检测和诊断癌症可识别标记物。”
研究团队随后利用自然产生的毒素,将之进行工程化处理以改变其组成,使之只特异性识别肿瘤细胞表面的该糖类结构。
“真正的创新在于我们将食物中毒的感染疾病研究项目中发现的事物进行了转化,使之可以用于检测肿瘤抗原。”Jennings教授说道。
而这种肿瘤抗原可由一系列肿瘤产生,如乳腺癌和卵巢癌。
“科学界有一句俗语就是机会只青睐有头脑的人,因为在研究所里我们与感染疾病和癌症研究人员一起工作,我们才有机会孕育出这样的机会和成果。当我们发现这种工程化毒素效果很好时我们都感到很惊讶,我们将无用的结合域都去掉了,使之对该肿瘤抗原具有完全的特异性。”他解释道。
肿瘤细胞表面的Neu5Gc水平非常高,但是正常细胞几乎不表达该物质,因此检测出Neu5Gc就意味着病人可能患上了癌症。
人体本身并不能合成Neu5Gc,但是我们能够通过红肉等日常饮食吸收该物质。
Jennings教授解释说尽管还需要更多深入研究,但是很重要的一点是这种新工具可以更灵敏的检测一系列癌症。
 

5. Sci Adv:生物工程&移植疗法可治愈I型糖尿病

 
最近,研究者们通过结合新型的水溶胶材料以及一种能够促进血管生长的蛋白质,能够提升抑制胰岛细胞治疗I型糖尿病的成功率。在动物模型中,该技术能够增强胰岛素分泌细胞的移植成功率,恢复其响应血糖水平后的胰岛素的产生量以及治疗动物的糖尿病症状。
 
该技术还能够帮助因胰腺炎或其它炎症疾病而不得不切除胰腺的患者的治疗。通过结合蛋白质与新型材料,研究者们比较了在不同部位抑制胰岛细胞的效果,这是第一次系统地对不同部位移植效果进行比较。
相关结果发表在《Science Advances》杂志上。
美国境内有125万人受到了I型糖尿病的影响,其病因是机体无法产生胰岛素。为了控制疾病,患者必须经常性地检测血糖水平以及注射胰岛素维持血糖平衡。但一些患者还会出现低血糖症,并引发严重的健康问题。
此前,研究者们利用死尸体内分离得到的细胞进行胰岛移植,但很多移植后的胰岛都因免疫排斥而快速凋亡。尽管试验了数十年的时间,还是无法解决免疫排斥的问题。
Garca等人开发出了一类可降解的多聚物水溶胶将胰岛细胞移植进入患病动物体内,并利用这种水溶胶再次将VEGF因子导入体内,用于促进血管的增生。作者们比较了不同部位移植的胰岛细胞对于糖尿病小鼠的治疗效果,包括肝脏附近,皮下,肠道真皮层以及腹腔脂肪组织等等。
对于目前常用的肝脏移植手术来说,至少三个供体的胰岛细胞才能够满足一名患者的治疗效果,如果研究者们能够降低细胞的使用量,将会大大促进胰岛移植手术的效率并改善糖尿病患者的治疗效果。
 

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