超聲基因治療：治療心臟病和癌癥的新方法

近期，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊刊登文章指出，結(jié)合超聲能量和超聲微泡在細(xì)胞上打孔可能成為與心血管疾病和癌癥作斗爭(zhēng)的新工具。匹茲堡大學(xué)的研究人員稱這種基因治療方法為聲孔效應(yīng)療法。小編對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行了整理編譯。
簡(jiǎn)單的來，我們將超聲觸發(fā)細(xì)胞膜破裂的生物物理機(jī)制稱為聲孔效應(yīng)。關(guān)于聲控效應(yīng)的研究主要與超聲微泡振動(dòng)物理刺激和由此產(chǎn)生的細(xì)胞膜滲透性相關(guān)。通過研究已經(jīng)證明，存在一個(gè)微氣泡振蕩引起的剪切應(yīng)力閾值，大約1千帕，當(dāng)壓力超過這個(gè)值，內(nèi)皮細(xì)胞膜通透性增加。剪切應(yīng)力閾值顯示出與振蕩周期數(shù)目和從0.5Hz到2Hz的超聲頻率的一個(gè)逆平方根關(guān)系。此外，通過實(shí)時(shí)三維共焦顯微鏡的測(cè)量證明：一個(gè)聲孔效應(yīng)過程是通過頂端和基底細(xì)胞膜層沿其外側(cè)封裝（密封時(shí)間＜2分鐘）直接導(dǎo)致細(xì)胞即刻生成膜孔。聲孔效應(yīng)在細(xì)胞融合方面也有很大的潛力，它可以使兩個(gè)相鄰細(xì)胞在30-60分鐘內(nèi)融合。
UPMC的超聲分子成像與治療中心研究員Brandon Helfield博士說：“研究人員利用超聲波能量和小氣泡，選擇性的在細(xì)胞上開一個(gè)小孔，進(jìn)行藥物的傳輸。利用聚焦超聲束，我們可以在保留健康組織的同時(shí)，準(zhǔn)確的將藥物發(fā)送到病變部位。我們專注研究生物物理學(xué)在這方面的作用，通過提高技術(shù)，完善這種診斷方法?！?
在當(dāng)前基因治療的方法中，研究人員通常使用病毒將基因帶入細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行培育，這種方法會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的副作用，例如癥免疫系統(tǒng)反應(yīng)等。為了解決這個(gè)問題，研究人員已經(jīng)開發(fā)出攜帶基因的血管內(nèi)微氣泡，這些微氣泡可以通過聚焦超聲能量有針對(duì)性的釋放自身攜帶的基因。
匹茲堡大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種每秒2500萬幀的超速成像攝像機(jī)，北美僅此一臺(tái)。在這種相機(jī)的幫助下，研究人員可以更好的研究聲孔的生物物理學(xué)現(xiàn)象。他們確定了氣泡穿過細(xì)胞膜后，進(jìn)行有針對(duì)性的靶向治療所需要的小局部剪切力。
匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)副教授徐彩晨，他和匹茲堡大學(xué)的心臟、肺部、血管等研究所一起開發(fā)了相機(jī)系統(tǒng)。他說：“通過超速成像攝像機(jī)，我們看到氣泡可以每秒振動(dòng)數(shù)百萬次，使我們確定了微氣泡引起的剪切應(yīng)力是聲孔效應(yīng)的關(guān)鍵因素。這個(gè)信息也有利于治療方案的智能化設(shè)計(jì)和微泡的制備，這樣就可以事先得知打開細(xì)胞后預(yù)期的效果。這也給了我們一個(gè)起點(diǎn)：研究細(xì)胞在應(yīng)對(duì)這種治療時(shí)會(huì)做出什么樣的反應(yīng)?！?
研究人員認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)將幫助他們理解聲孔效應(yīng)的原理。幫助專家設(shè)定合適的參數(shù)，包括超聲振幅水平和微泡的設(shè)計(jì)，以達(dá)到終的臨床應(yīng)用。
“了解聲孔效應(yīng)的生物物理機(jī)制對(duì)我們來說是很重要的，這可以幫助我們將這種方法轉(zhuǎn)化為一種有效的基因或藥物傳遞工具。在PNAS的研究基礎(chǔ)上，我們繼續(xù)研究聲孔效應(yīng)如何影響處理后細(xì)胞的功能。并研究發(fā)展策略，以大限度地發(fā)揮其治療作用。”超聲分子成像和治療學(xué)中心主任Flordeliza Villanueva教授說。