8月7日，《Nature Nanotechnology》期刊在線發(fā)表一篇文章，揭示了一種非侵入性重編程皮膚細(xì)胞的新技術(shù)。來自于俄亥俄州立大學(xué)再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞療法中心的研究團隊開發(fā)出一個可移植、拇指指甲大小的硅芯片，能夠在一秒鐘的接觸內(nèi)啟動皮膚細(xì)胞的重編程，將其轉(zhuǎn)變成體內(nèi)所需的任何一種其他類型的細(xì)胞。

這一非侵入性技術(shù)被稱為“組織轉(zhuǎn)染”（tissue nanotransfection，TNT），可以在病人體內(nèi)生成任何一種所需的細(xì)胞，用于組織修復(fù)。

圖片來源：俄亥俄州立大學(xué)再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞療法中心

1、何為TNT？

TNT是一種納米級電穿孔技術(shù)，能夠在細(xì)胞外膜中產(chǎn)生臨時通道，將新的細(xì)胞重編程因子直接植入表皮皮膚細(xì)胞。

TNT有兩個關(guān)鍵的組成部分：1）基于納米技術(shù)的芯片，用于裝載、運輸“貨物”至活體細(xì)胞；2）負(fù)責(zé)細(xì)胞重編程的“貨物”，可以將成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變成其他類型的細(xì)胞。

當(dāng)裝載有必要重編程因子的芯片被放置于皮膚上后，通過連接一個微弱的電脈沖，在細(xì)胞膜形成微小通道，從而促使重編程基因進入皮膚細(xì)胞。

“因為電流幅度很小，這種方法能夠以最小的侵入性實現(xiàn)轉(zhuǎn)染。” 文章通訊作者、化學(xué)和生物分子工程學(xué)教授L. James Lee表示道。

2、一次接觸

TNT技術(shù)不需要借助實驗室設(shè)備或者處理，能夠快速應(yīng)用于救治現(xiàn)場。整個過程僅僅通過粘貼皮膚表面的芯片完成，且時間不到一秒。

“你所需要的只是裝載有重編程因子的芯片，以及一個電源。” 俄亥俄州立大學(xué)Wexner醫(yī)療中心再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞療法主任、綜合創(chuàng)傷中心的執(zhí)行主任Chandan Sen解釋道，“我們可以使用這一技術(shù)將皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)換成任何一種細(xì)胞，用于治療局部組織、器官的損傷和疾病。”

3、皮膚作為一個“生產(chǎn)車間”

研究人員認(rèn)為，依賴這一創(chuàng)新技術(shù)，患者的皮膚可以作為一個“生產(chǎn)車間”，用于產(chǎn)生和提供再生治療所需的細(xì)胞。例如，我們可以在3-4周的時間內(nèi)在小鼠的皮膚上產(chǎn)生了成千上萬的神經(jīng)元，最終將它們采集、移植到小鼠大腦內(nèi)。

目前，他們已經(jīng)在小鼠、豬身上得到驗證，TNT技術(shù)能夠讓皮膚細(xì)胞重編程生成完整的血管，且新生產(chǎn)的血管可以與已有的血管組織融合，用于修復(fù)壞死的皮瓣、挽救嚴(yán)重受損的缺血性腿傷。

在試驗中，TNT技術(shù)能夠在短短幾周內(nèi)將小鼠的皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變成功能正常的神經(jīng)元，這些神經(jīng)細(xì)胞可以從皮膚表層摘除并移植到動物大腦內(nèi)，以逆轉(zhuǎn)中風(fēng)的損傷。

他們認(rèn)為，這一技術(shù)的潛在應(yīng)用價值巨大?？梢灾委熎つw損傷、生成神經(jīng)元，還可以將皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變成能夠感應(yīng)血液中葡萄糖水平并分泌胰島素的胰島素B細(xì)胞。

Chandan Sen教授展示這一有望革新醫(yī)學(xué)診療的芯片，它能夠?qū)⑵つw細(xì)胞轉(zhuǎn)化為血管細(xì)胞，用于治療小白鼠的嚴(yán)重傷口。

4、轉(zhuǎn)染率高達(dá)98%，臨床試驗有望在一年內(nèi)開展

作為一種非病毒式的基因傳遞技術(shù)，電穿孔療法并不新鮮，但是大規(guī)模電穿孔技術(shù)的成功率卻有限。“這是因為大規(guī)模電穿孔會讓整個細(xì)胞膜具有滲透性，并對細(xì)胞骨架產(chǎn)生影響，削弱細(xì)胞的可塑性。相反，TNT僅僅打開微小的通道，只影響2%的細(xì)胞膜區(qū)域，從而不會抑制細(xì)胞的可塑性。使用TNT，我們實現(xiàn)了超98%的轉(zhuǎn)染效率和細(xì)胞轉(zhuǎn)變成功率。”

這一最新研究表明，TNT不僅可以用于局部傳遞重編程因子，它還可以將重編程效果傳播至更深層的皮膚組織細(xì)胞。因為被轉(zhuǎn)染的表面細(xì)胞會釋放一些化合物（包括信使RNA、蛋白質(zhì)等），這些生物分子會進一步轉(zhuǎn)染其他細(xì)胞。

研究團隊預(yù)期，在FDA批準(zhǔn)的前提下，TNT技術(shù)的臨床試驗有望在一年之內(nèi)開展，用于治療缺血性肢體疾病。研究團隊還與Walter Reed陸軍醫(yī)學(xué)中心合作，嘗試?yán)肨NT技術(shù)搶救肢體、周圍神經(jīng)受損的可行性。

參考資料

1）Breakthrough device heals organs with a single touch

2）Regenerative medicine breakthrough: Can a small chip 'heal' entire organs?

3）Chip Reprograms Skin into Any Cell Type

原標(biāo)題：再生醫(yī)學(xué)突破！這一小小的芯片，可在一秒的接觸內(nèi)實現(xiàn)皮膚細(xì)胞的重編程