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哈佛醫(yī)學(xué)院陶偉教授團(tuán)隊(duì)《Chem. Soc. Rev.》封面綜述:新興mRNA技術(shù)的遞送策略和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用
2022-05-30  來(lái)源:高分子科技

  信使 RNA (mRNA) 在 1960 年代初首次被發(fā)現(xiàn),并在 1970 年代被遞送到細(xì)胞內(nèi)并成功表達(dá)蛋白質(zhì)。與基于 DNA 的蛋白質(zhì)表達(dá)技術(shù)不同,mRNA 不需要進(jìn)入細(xì)胞核來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能,因此不會(huì)插入原始基因組,引起基因變異。在過(guò)去的幾十年中,利用mRNA表達(dá)多種蛋白質(zhì)來(lái)治療不同疾病的概念引起了科學(xué)界的關(guān)注。對(duì)mRNA 的修飾和遞送平臺(tái)設(shè)計(jì)的研究高效、快速地推動(dòng)了 mRNA 技術(shù)的發(fā)展,但早期主要停留在學(xué)術(shù)界。直到COVID-19的全球爆發(fā),Pfizer/ BioNTech和Moderna的mRNA疫苗的成功上市及其在預(yù)防病毒傳播方面的有效性終于讓 mRNA 技術(shù)從學(xué)術(shù)界進(jìn)入公眾視野(也鑄就了歷史上最賺錢(qián)疫苗的傳奇:已在全世界接種數(shù)億劑;僅2021年一年,其全球銷量就能達(dá)到500億美元),對(duì)mRNA 技術(shù)的研究也蓬勃發(fā)展。


  近日,哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院陶偉教授團(tuán)隊(duì)在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)旗下權(quán)威期刊Chemical Society Reviews (影響因子54.564)上發(fā)表了題為“Emerging mRNA technologies: delivery strategies and biomedical applications”的綜述論文,并被期刊評(píng)選為Front Cover Paper、在5月21日最新一期的封面上予以重點(diǎn)推介。本論文重點(diǎn)介紹了mRNA遞送策略及其生物應(yīng)用研究,并展望了mRNA技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化的進(jìn)展和挑戰(zhàn),為mRNA技術(shù)今后進(jìn)一步的發(fā)展指出了可能的方向。


 

  mRNA屬于單鏈長(zhǎng)多核苷酸,極易被核糖核酸酶快速降解。此外,細(xì)胞膜通過(guò)靜電排斥作用進(jìn)一步阻礙了mRNA進(jìn)入細(xì)胞執(zhí)行蛋白轉(zhuǎn)染功能。因此,需要載體保護(hù)mRNA免被降解、高效運(yùn)輸mRNA至目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)其功能。目前研究中已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各類非病毒載體來(lái)實(shí)現(xiàn)mRNA的高效遞送,主要包括:蛋白質(zhì)-mRNA復(fù)合物、脂質(zhì)載體(Lipid Nanoparticles)、聚合物載體、混合載體等。通過(guò)對(duì)載體的化學(xué)設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)mRNA在不同器官內(nèi)的遞送;通過(guò)對(duì)載體內(nèi)各組分的比例優(yōu)化,可以實(shí)現(xiàn)mRNA的高效遞送。基于此,本文詳細(xì)綜述了各類載體(遞送平臺(tái))的優(yōu)勢(shì)以及最新研究進(jìn)展。


 
圖1. 基于mRNA的遞送平臺(tái)及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的示意圖 


 
2. mRNA遞送體系經(jīng)胞吞、溶酶體逃逸、細(xì)胞質(zhì)內(nèi)表達(dá)相應(yīng)蛋白以實(shí)現(xiàn)不同生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的示意圖


  得益于mRNA的胞內(nèi)遞送可實(shí)現(xiàn)蛋白的高效快速表達(dá),基于mRNA的治療策略在對(duì)抗各種疾病中發(fā)揮著重要作用。mRNA最廣為人知的應(yīng)用是目前被FDA批準(zhǔn)的兩款用于對(duì)抗病毒的mRNA疫苗。此外,mRNA藥物最直接的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)功能性蛋白在靶細(xì)胞中的表達(dá),通過(guò)補(bǔ)充靶細(xì)胞中缺失的蛋白質(zhì)來(lái)治療罕見(jiàn)的遺傳代謝疾病,如神經(jīng)退行性疾病。通過(guò)提高抑癌蛋白的水平,mRNA藥物可以實(shí)現(xiàn)癌癥的治療。通過(guò)遞送腫瘤抗原相關(guān)的mRNA,則可以激活機(jī)體的免疫系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)癌癥的免疫療法。此外,Cas9 mRNA sgRNA的共遞送可以實(shí)現(xiàn)Cas9蛋白的瞬時(shí)表達(dá),減少脫靶效應(yīng),提高了CRISPR/Cas9基因編輯的效率。


  最后,本綜述概述了目前處于臨床階段的mRNA藥物,并對(duì)mRNA技術(shù)的發(fā)展提出了建設(shè)性的建議,討論了其潛在的限制及對(duì)未來(lái)的展望。


  原文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d1cs00617


通訊作者簡(jiǎn)介:


  陶偉教授,現(xiàn)為哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授、布萊根婦女醫(yī)院Farokhzad Family杰出講席教授(Endowed Chair),也是哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院歷史上第一個(gè)以助理教授身份獲得冠名杰出講席教授頭銜的華人學(xué)者。研究方向主要是圍繞藥物載體和生物材料的研發(fā)及其廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用(如mRNA/siRNA等核酸遞送、腫瘤診斷治療、心血管疾病、創(chuàng)傷愈合及組織再生、感染或炎癥類疾病、糖尿病及其并發(fā)癥等的治療等)。陶偉教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多種藥物遞送核心技術(shù)已獲系統(tǒng)性的專利、具有良好的產(chǎn)業(yè)化背景。近四年以獨(dú)立通訊或者最后通訊作者身份在Nature Reviews Materials, Nature Reviews Cardiology, Nature Nanotechnology, PNAS, Nature Protocols, Matter (Cell Press), Trends in Chemistry (Cell Press), Nature Communications, Chemical Society Reviews, Angewandte Chemie, Advanced Materials 等期刊上發(fā)表論文50余篇,多數(shù)論文入選封面論文、Web of Science高被引論文或熱點(diǎn)論文。


  曾獲得美國(guó)METAvivor青年研究員獎(jiǎng)、美國(guó)心臟協(xié)會(huì)合作科學(xué)獎(jiǎng)、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院/布萊根婦女醫(yī)院納米醫(yī)學(xué)研究中心基金、系基礎(chǔ)科學(xué)基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、Nanotechnology Foundation等項(xiàng)目資助。曾獲評(píng)《麻省理工科技評(píng)論》中國(guó)35歲以下科技創(chuàng)新35人(TR35)、科睿唯安全球高被引科學(xué)家(2021年度)、微軟學(xué)術(shù)全球Top 5 Trending Authors in Nanotechnology以及Top Authors in Nanomedicine、Elsevier/Mendeley Data全球前2%頂尖科學(xué)家榜單(2019年度、2020年度影響力排行榜)、Chemical Society Reviews(IF= 54.564)期刊Emerging Investigator Award、Materials Today(IF= 31.041)期刊Rising Star Award、Angewandte Chemie(IF= 15.336)期刊杰出審稿人、Materials Horizons(IF= 13.266)期刊Top 10 杰出審稿人、Nanoscale(IF= 7.790)期刊Emerging Investigator Award等獎(jiǎng)項(xiàng)。同時(shí),擔(dān)任Springer Nature & BMC旗下期刊Journal of Nanobiotechnology(IF= 10.435)副主編、Wiley旗下期刊Exploration副主編,Matter(Cell Press, IF= 15.589)、Bioactive Materials(IF= 14.593)、Nano-Micro Letters(IF= 16.419)等期刊Editorial/Advisory委員會(huì)成員,eLife (IF= 8.140)、Bioactive Materials (IF= 14.593)、Acta Pharmaceutica Sinica B (IF= 11.413)等期刊客座編輯。


  課題組網(wǎng)頁(yè)https://scholar.harvard.edu/wtao/bio

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