紅細胞的作用不只是將氧氣從肺部輸送到器官：它們還可以通過捕獲病原體表面上的病原體，中和病原體并將其提供給脾臟和肝臟的免疫細胞來幫助人體抵抗感染?，F(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)懷斯生物啟發(fā)工程研究所和約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的一組研究人員已經(jīng)利用這種先天能力構(gòu)建了一種平臺技術(shù)，該技術(shù)利用紅細胞將抗原傳遞給抗原呈遞脾臟中的細胞(APC)，產(chǎn)生免疫反應(yīng)。這種方法成功地減緩了小鼠癌性腫瘤的生長，也可以用作多種疫苗的生物相容性佐劑。這項技術(shù)稱為紅細胞驅(qū)動的免疫靶向(EDIT)，本周在PNAS。

高級作者薩米爾·米特拉戈特里(Samir Mitragotri)博士說：“脾臟是人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)時最好的靶向器官之一，因為它是紅細胞和白細胞自然相互作用的少數(shù)器官之一。” Wyss核心教員，同時還是SEAS的Hiller生物工程教授和HansjörgWyss生物啟發(fā)工程教授。“紅細胞與生俱來的將病原體轉(zhuǎn)移到免疫細胞的先天能力才被發(fā)現(xiàn)，這項研究為使用人類細胞進行疾病治療和預(yù)防領(lǐng)域的一系列激動人心的未來發(fā)展打開了大門。”

不要吃我，就檢查我

使用紅細胞作為藥物的輸送工具并不是一個新主意，但是絕大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)都瞄準了肺部，因為它們密集的毛細管網(wǎng)絡(luò)會導(dǎo)致貨物在擠過細小的血管時從紅細胞中切出。Mitragotri的研究團隊首先需要弄清楚如何使抗原足夠牢固地粘附在紅細胞上，以抵抗剪切并到達脾臟。

他們用卵清蛋白(一種已知會引起輕度免疫反應(yīng)的抗原蛋白)包被聚苯乙烯納米顆粒，然后將它們與小鼠紅細胞一起孵育。每個血細胞300個納米顆粒的比例導(dǎo)致與細胞結(jié)合的納米顆粒數(shù)量最多，當(dāng)細胞暴露于肺毛細血管中發(fā)現(xiàn)的剪切應(yīng)力時，納米顆粒的保留率約為80%，并且脂類分子的中等表達細胞膜上的磷脂酰絲氨酸(PS)。

“紅血球上高水平的PS本質(zhì)上是一個'吞噬我'的信號，當(dāng)它們受到壓力或損壞時會被脾臟消化，我們希望避免這種情況。我們希望降低PS的含量暫時向脾臟APC發(fā)出信號“檢查我”，然后APC將吸收紅細胞的抗原包被的納米顆粒，而細胞本身不會被破壞，” Mitragotri實驗室的研究生，第一作者，第一作者Anvay Ukidve說。的紙。

為了驗證這一假設(shè)，研究小組將涂有納米顆粒的紅細胞注入小鼠體內(nèi)，然后追蹤它們在體內(nèi)的積累情況。注射后20分鐘，已經(jīng)從動物血液中清除了超過99%的納米顆粒，并且脾臟中存在的納米顆粒多于肺部。脾臟中較高的納米顆粒積聚持續(xù)長達24小時，循環(huán)中的EDIT紅細胞數(shù)量保持不變，這表明紅細胞已成功地將其貨物轉(zhuǎn)運至脾臟而沒有被破壞。

有效的無佐劑疫苗

在確認他們的納米粒子已成功地體內(nèi)遞送至脾臟后，研究人員接下來評估了納米粒子表面上的抗原是否誘導(dǎo)了免疫反應(yīng)。每周一次給小鼠注射EDIT，持續(xù)三周，然后分析它們的脾細胞。與給予“游離”納米顆?；蛭唇?jīng)治療的小鼠相比，治療的小鼠顯示出的卵清蛋白抗原顯示的T細胞多出8倍和2.2倍。與其他兩組小鼠相比，接受EDIT處理的小鼠的血液中還產(chǎn)生了更多的針對卵白蛋白的抗體。

為了研究這些EDIT誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)是否可能預(yù)防或治療疾病，研究小組重復(fù)了對小鼠進行為期三周的預(yù)防性EDIT注射，然后給它們接種了在其表面表達卵清蛋白的淋巴瘤細胞。與對照組和接受游離納米顆粒的組相比，接受EDIT的小鼠的腫瘤生長慢約三倍，并且存活的癌細胞數(shù)量更少。這一結(jié)果顯著增加了在小鼠屈服于疾病之前可以治療腫瘤的時間范圍。

趙宗敏說：“ EDIT本質(zhì)上是一種無佐劑的疫苗平臺。今天的疫苗開發(fā)之所以需要這么長時間，部分原因是與抗原一起遞送的外來佐劑必須經(jīng)過每種新疫苗的全面臨床安全性試驗。” Mitragotri實驗室的博士后研究員，該論文的共同第一作者。“紅細胞已經(jīng)被安全地輸給患者了多個世紀，它們增強免疫反應(yīng)的能力可以使其成為外來佐劑的安全替代品，從而提高了疫苗的效力和疫苗生產(chǎn)的速度。”

該團隊正在繼續(xù)努力，以準確地理解脾臟APC如何產(chǎn)生針對EDIT抗原的免疫反應(yīng)，并計劃用卵清蛋白以外的其他抗原對其進行測試。他們希望利用這些額外的見識來推動他們追求該技術(shù)的最佳臨床環(huán)境。

“人體是解決醫(yī)療問題的絕妙解決方案的寶庫，盡管醫(yī)學(xué)在理解這些機制方面已經(jīng)走了很長一段路，但我們?nèi)蕴幱诶盟鼈儊砀纳迫祟悏勖透纳粕钯|(zhì)量的早期階段。這項研究是朝著這個目標邁出的令人振奮的一步，并且可能極大地改變患者免疫反應(yīng)的調(diào)控方式。”懷斯研究所的創(chuàng)始主任唐納德·英格伯醫(yī)學(xué)博士，他也是猶大?？寺芸茖W(xué)教授哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院生物學(xué)專業(yè)，SEAS生物工程學(xué)教授。

該論文的其他作者包括Wyss Institute和SEAS的Vinu Krishnan，Daniel C. Pan，Yongsheng Gao和Abhirup Mandal;來自SEAS的Alexandra Fehnel和來自賓夕法尼亞大學(xué)Perelman醫(yī)學(xué)院的Vladimir Muzykantov。這項研究得到了哈佛大學(xué)Wyss研究所和美國國立衛(wèi)生研究院的資助，批準號為1R01HL143806-01。