SMU 納米技術(shù)專家 MinJun Kim 和他的團(tuán)隊開發(fā)出一種更快、更精確的方法來檢測單個蛋白質(zhì)的特性和相互作用，這對于快速、準(zhǔn)確和實時監(jiān)測病毒-細(xì)胞相互作用至關(guān)重要。

這可能為利用基因療法創(chuàng)造創(chuàng)新的醫(yī)療療法和進(jìn)步鋪平道路 ——基因療法是一種利用無害病毒修改人體基因來治療或治愈疾病的技術(shù)。

除此之外，這項研究還可以用于檢測和表征其他類型的蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用，有可能導(dǎo)致開發(fā)能夠調(diào)節(jié)對身體產(chǎn)生不利影響的相互作用的治療方法，SMU 萊爾工程學(xué)院 Robert C. Womack 主席兼 BAST 實驗室首席研究員 Kim 說。

《納米尺度》 雜志 發(fā)表的一項研究 表明，金姆團(tuán)隊發(fā)明的這種微型裝置可以實時準(zhǔn)確地確定兩種在靶向基因治療中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)——成纖維細(xì)胞生長因子 (FGF-1) 和肝素——何時相互結(jié)合。

與現(xiàn)在檢測蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用的方式不同，該裝置只需要少量樣本即可研究單個蛋白質(zhì)的性質(zhì)及其復(fù)雜的相互作用，從而節(jié)省了分析的時間和成本。

蛋白質(zhì)是細(xì)胞中大多數(shù)生物過程的主要推動力。通常，兩種或多種蛋白質(zhì)需要相互結(jié)合(即它們因 生化 事件而相互連接)才能發(fā)揮某些功能。

蛋白質(zhì) FGF-1 和肝素就是這種情況。

總之，這些蛋白質(zhì)已被證明可以幫助一種名為腺相關(guān)病毒(AAV)的無害病毒(基因治療的首選載體)附著在人體內(nèi)的正確細(xì)胞受體上。

病毒基因療法使用 AAV 等病毒將健康的基因拷貝遞送到人體，以替換或修改致病基因。但問題是 AAV 有幾種不同的類型或血清型，每一種都傾向于感染和在特定組織類型中生長，例如心臟或腎臟的組織。這意味著，要使基因療法成功地將病毒的“貨物”卸載到其預(yù)定目標(biāo)，正確的 AAV 血清型需要與正確的細(xì)胞受體結(jié)合。

然而，目前人們對這一稱為向性的過程如何進(jìn)行了解還不夠，因此還無法確保這一點。

Kim 表示：“因此，更好地了解肝素和 FGF-1 的相互作用將有助于我們理解 AAV 基因治療的趨向性”，進(jìn)而可能使針對特定疾病的新基因療法成為可能。

Kim 的團(tuán)隊發(fā)明并測試了一種稱為固態(tài)納米孔的裝置，它可以準(zhǔn)確判斷肝素和 FGF-1 何時結(jié)合。

設(shè)備的工作原理

納米粒子太小，肉眼無法看見——尺寸從 1 到 100 納米(十億分之一米)不等。納米材料可以自然產(chǎn)生，也可以被設(shè)計成具有特定功能，例如將藥物輸送到各種癌癥部位。

本研究中的每個納米孔均由 12 納米厚的氮化硅 (SixNy )膜制成，其中鉆有一個直徑約為 17 納米的孔。

這些所謂的固態(tài)納米孔能夠分辨肝素何時與 FGF-1 結(jié)合，因為 Kim 和他的團(tuán)隊計算了三種不同情況下的電流：當(dāng)樣本中僅存在肝素時;當(dāng)僅存在 FGF-1 時;以及當(dāng)兩種蛋白質(zhì)的比例相等時。

該設(shè)備如何知道電流是多少?

基本上，樣本中的分子會穿過裝置上的一個小孔，該小孔將兩個裝有 電解質(zhì) 溶液的腔室隔開。這會導(dǎo)致電流波動，可以解碼該波動以檢測肝素-FGF-1 結(jié)合。

金墉表示：“這項研究的結(jié)果代表了一項初步實驗，為未來的努力奠定了基礎(chǔ)。”

他的最終目標(biāo)是能夠?qū)⒐虘B(tài)納米孔應(yīng)用于另外兩種對靶向基因治療也很重要蛋白質(zhì)：AAV 與細(xì)胞表面受體的實際結(jié)合。

AAV 有一層蛋白質(zhì)外殼，稱為衣殼，包裹著其遺傳信息，基因治療師可以對其進(jìn)行修改，將新的健康基因引入人體。只有當(dāng)衣殼與細(xì)胞受體(另一種存在于細(xì)胞表面的蛋白質(zhì))結(jié)合時，病毒和細(xì)胞才會連接，病毒的載體才會被釋放。

“靶向基因治療的有效性取決于病毒衣殼和細(xì)胞表面受體之間的親和力，”Kim 解釋說。

Kim 希望能夠使用固態(tài)納米孔來測量這一點，從而更清楚地了解病毒是否已成功將其載體遞送到人體。這是因為使用病毒基因療法的一個關(guān)鍵障礙是無法測量 AAV 傳輸?shù)倪z傳物質(zhì)的數(shù)量，這可能會導(dǎo)致用藥過量或用藥不足。

除了在基因治療方面取得突破外，該研究的主要作者、SMU BAST 的研究生助理 Navod Thyashan 指出，這些納米孔還可以為開發(fā)其他新的醫(yī)療治療方法奠定基礎(chǔ)。它可以與其他已知具有高親和力的相互結(jié)合的蛋白質(zhì)一起使用，從而使治療方法可以潛在地調(diào)節(jié)導(dǎo)致疾病的這些相互作用。

“固態(tài)納米孔 (SSN) 的直徑范圍可以從幾納米到幾百納米，”他說。“因此，只要我們?yōu)橐幚淼牡鞍踪|(zhì)選擇正確的納米孔直徑，SSN 就可以用于大多數(shù)生物分子傳感應(yīng)用。”

幫助 Thyashan 和 Kim 創(chuàng)造該設(shè)備的是新加坡管理大學(xué)穆迪研究生院和高級研究學(xué)院院長博士后研究員 Madhav L. Ghimire;以及 韓國科學(xué)技術(shù)研究院仿生研究中心的 Sangyoup Lee 。