肺の自然防御機構をすり抜けて病気を治すよう設計された薬剤運搬分子が、慢性または致命的な呼吸器疾患を患う人々に新たな希望を与えると、バージニア大学工学応用科学学部のリヘン・カイ助教授のソフトバイオマター研究所の研究者らは述べている。
蔡氏と彼のチーム（材料科学および工学の博士課程の学生である百強・黄氏と生物医学工学の博士課程の学生である志建・何氏を含む）は、研究室独自の「マイクロヒューマン気道」を使用して、ナノキャリアの有効性を実証することに成功した。この装置は、人間の気道の幾何学的および生物学的特徴を捉えている。
彼らは、6月27日にアメリカ化学会誌に発表された論文でその発見を説明した。 ACSナノ。
防御をすり抜ける
私たちの肺には、病気にならないように病原体や吸入した粒子を捕らえて呼吸器系から運び出す保護層があります。
鼻をかむたびに、このシステムは作動します。
「残念ながら、同じ障壁が薬が標的細胞に到達するのを妨げ、喘息、慢性閉塞性肺疾患、肺線維症などの病気の治療を困難にしている」と黄氏は述べた。
この新しいポリマーはボトルブラシ型ポリエチレングリコール、略して PEG-BB と呼ばれている。このポリマーは、ボトルブラシと同じ形状、つまり中央の骨格から外側に伸びる剛毛の茂みを持つ、粘液の性質を司る天然の糖タンパク質であるムチンを模倣することで、気道の狭間を素早く通過する。
「ボトルブラシキャリアの柔軟性と虫のような形状により、繊毛を取り囲む粘液とゲルの密集した網をすり抜け、薬剤が作用するために必要な上皮細胞に取り込まれると考えた」と黄氏は語った。
繊毛は細胞の表面にある毛のような構造です。粘液と連動して動き、異物を撃退したり排出したりします。
研究チームは仮説を検証するため、この装置でヒトの気道上皮細胞を培養した。研究チームは蛍光PEG-BB分子を2方向から細胞に導入した。
次に、粘液と繊毛周層（繊毛を包み込むゲル）に浸透できる染料を使用した。上皮の境界を示す上皮細胞壁は染色しなかった。
特殊な顕微鏡と暗い部屋を使って画像を鮮明にし、光るボトルブラシ分子が細胞内をどれだけよく移動したかを見ることができた。
最近の一連の成功
「ミクロの人間の気道は、基本的に細胞が成長するための家と同等のものである」と黄氏は言う。
「その生物学的類似性により、生物に害を与えることなく、人間の肺の防御を研究することができる」と蔡氏は付け加えた。同氏の研究室は、精密医療の限界を押し広げるなど、さまざまな用途に向けた新しいボトルブラシポリマーの開発を専門としている。
たとえば、彼のバイオプリンティング プログラムは最近、オンデマンドで臓器を印刷できる初の 3D ビルディング ブロックを生み出しました。また、彼は国立衛生研究所から 190 万ドルの名誉ある Maximizing Investigator’s Research Award を受賞しました。これは彼のキャリアにおける数々の新星表彰の 1 つです。
PEG-BB の発見は、この研究室の一連の成功の新たな一つとなる。
「この革新は、副作用の少ない肺疾患の治療を改善するだけでなく、体全体の粘膜表面に影響を与える症状の治療の可能性も開くと考えています」と蔡氏は語った。
研究室の次の段階は、PEG-BB が粘液バリアを越えて薬物分子を運ぶ能力をテストすることです。研究チームはマウスの in vitro モデルと in vivo モデルの両方で実験を行っています。
出版物
ボトルブラシポリエチレングリコールナノキャリアは分子構造強化エンドサイトーシスを介してヒト気道上皮を通過するが、2024年6月27日に ACSナノ。
この研究は、国立科学財団、UVA LaunchPad for Diabetes、UVA Coulter Center for Translational Research、若年性糖尿病研究財団、バージニア州Commonwealth Health Research Board、UVA Center for Advanced Biomanufacturingから資金提供を受けました。
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#エンジニアが肺の防御線を回避する類似の薬剤キャリアを設計
2024-08-23 01:08:23