將抗體潛入細(xì)胞的更簡單方法

對于幾乎任何可能的蛋白質(zhì)，都可以開發(fā)相應(yīng)的抗體來阻止其結(jié)合或改變形狀，從而最終阻止其執(zhí)行其正常功能。因此，數(shù)十年來，科學(xué)家一直將抗體視為關(guān)閉細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的一種方法，但仍沒有一致的方法使抗體以有意義的數(shù)量通過細(xì)胞膜。

現(xiàn)在，賓州工程學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種抗體，可以使抗體與轉(zhuǎn)染劑搭接，生物學(xué)家通常將其帶正電荷的脂肪泡用于將DNA和RNA轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中。這些運(yùn)載工具只接受帶有高度負(fù)電荷的貨物，這種負(fù)電荷具有核酸的質(zhì)量，但抗體卻缺乏。通過設(shè)計可以與任何抗體連接而不破壞其功能的帶負(fù)電荷的氨基酸鏈，他們使抗體與常見的轉(zhuǎn)染劑廣泛兼容。

除了這項技術(shù)在研究細(xì)胞內(nèi)動力學(xué)方面的實(shí)用性之外，研究人員還使用抗體進(jìn)行了功能性實(shí)驗，從而突出了該技術(shù)在治療方面的潛力。一種抗體阻斷了一種蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)通過過早將某些藥物從細(xì)胞中排出而降低了某些藥物的功效。另一個阻斷了參與轉(zhuǎn)錄過程的蛋白質(zhì)，這可能是一種以更有害的作用敲除蛋白質(zhì)的更基本的方法。

這項研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，由生物工程學(xué)系教授安德魯·索卡斯(Andrew Tsourkas)和其實(shí)驗室的研究生賀佳·亨利·王(Hejia Henry Wang)進(jìn)行。

Tsourkas說：“如果要研究特定蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的作用，則需要一種關(guān)閉其功能的方法。” “至少從1980年代開始，科學(xué)家就一直在討論使用抗體來做這種事情，但即使是當(dāng)今最好的方法，也效率不高，而且常常具有侵入性。”

迄今為止，這些最有效的技術(shù)包括用顯微鏡針將抗體手動注射到細(xì)胞質(zhì)中，這是一項艱巨的努力，不可能大規(guī)模進(jìn)行。高壓電脈沖還可用于在質(zhì)膜上暫時形成孔，以使抗體流入細(xì)胞質(zhì)，但需要進(jìn)行大量修補(bǔ)，以確保在此過程中不會殺死細(xì)胞。

Tsourkas和Wang受到了細(xì)胞內(nèi)抗體遞送的可能性的啟發(fā)，但他們期待著為基因遞送而開發(fā)的商業(yè)轉(zhuǎn)染劑的成功，通過將DNA或RNA的新序列引入細(xì)胞，已經(jīng)使無數(shù)的細(xì)胞動力學(xué)研究成為可能。

Tsourkas說：“利用基因傳遞方面的技術(shù)發(fā)展將使我們能夠?qū)⒖贵w傳遞給更大的細(xì)胞群。” “更重要的是，能夠像在DNA或RNA上一樣容易地在細(xì)胞膜上運(yùn)送抗體，將開辟一個目前世界上大多數(shù)生物學(xué)實(shí)驗室都無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗世界。”

使用DNA和RNA完全阻止蛋白質(zhì)的生產(chǎn)是一種鈍器。但是，抗體可用于抑制特定的蛋白質(zhì)功能或僅阻斷相關(guān)的結(jié)合位點(diǎn)。

Wang說：“由于抗體在生物學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用，因此從商業(yè)供應(yīng)商那里可以買到成千上萬種經(jīng)過有效驗證的抗體。” “我們的技術(shù)允許研究人員首次使用這些抗體中的任何一種來抑制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)，從而大大擴(kuò)展了現(xiàn)有抗體收集的用途。”

賓夕法尼亞大學(xué)工程師技術(shù)的核心是找到一種即插即用的主要屏障解決方案，以防止抗體和其他蛋白質(zhì)與商業(yè)轉(zhuǎn)染劑兼容。那些帶正電荷的脂質(zhì)氣泡很容易接受DNA和RNA，因為核酸具有很強(qiáng)的負(fù)電荷，而抗體在其整個結(jié)構(gòu)中都具有一定范圍的正電荷和負(fù)電荷。

來自其他實(shí)驗室的少量先前研究表明，在蛋白質(zhì)上附著高度負(fù)性“標(biāo)簽”的潛力很大，足以改變其總電荷以與市售轉(zhuǎn)染劑一起使用。Tsourkas和Wang通過設(shè)計一種簡單的方法將陰離子多肽(帶負(fù)電荷的氨基酸的短鏈)連接到幾乎任何現(xiàn)有抗體上，從而擴(kuò)展了這項研究。

Tsourkas說：“如果您不是抗體生產(chǎn)實(shí)驗室，則可能沒有足夠的專業(yè)知識來自信地創(chuàng)建帶有負(fù)電荷標(biāo)簽的抗體。” “我們所做的就是提供一種非常簡單的試劑，將陰離子多肽精確地連接到您可以在一個步驟中購買的任何抗體，而不會在此過程中阻礙其功能。”

較早的艱苦技術(shù)使抗體進(jìn)入細(xì)胞，成功率只有一位數(shù)。相比之下，Penn工程師的實(shí)驗發(fā)現(xiàn)高達(dá)90%的細(xì)胞最終具有足夠的抗體來抑制被靶向的蛋白質(zhì)功能。

Tsourkas說：“在一種情況下，我們抑制了一種清除小分子藥物的蛋白質(zhì)，然后才能起作用。藥物反應(yīng)曲線表明，與這種蛋白質(zhì)具有活性的情況相比，我們可以殺死細(xì)胞的劑量降低了五倍。” “在第二種情況下，我們證明了我們可以通過測量RNA編碼的蛋白質(zhì)的數(shù)量來阻止轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核，而該細(xì)胞核通常會轉(zhuǎn)錄RNA 。”

該團(tuán)隊最近獲得了一筆撥款，將這項工作擴(kuò)展到小鼠體內(nèi)研究。他們將必須在那里開發(fā)新的運(yùn)載工具，這些運(yùn)載工具首先能夠?qū)⒖贵w傳遞給靶細(xì)胞，但他們也將有機(jī)會應(yīng)對“不可消耗的蛋白質(zhì)組”，即小分子蛋白質(zhì)的龐大名冊藥物目前無法抑制。

Tsourkas說：“據(jù)估計，超過80%的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)不能與傳統(tǒng)的小分子藥物一起用藥，因此，我們相信我們的技術(shù)使我們能夠獲得廣泛的新治療靶點(diǎn)。”