剑桥大学的科学家开发了一个平台，使用称为金属有机框架的纳米粒子为细胞提供有前途的抗癌剂。来自剑桥大学化学工程和生物技术系的科学家开发了一个平台，使用称为金属有机框架的纳米粒子为细胞提供有前途的抗癌剂。
剑桥大学化学工程和生物技术系的大卫费尔伦-希门尼斯(David Fairen-Jimenez)博士领导的研究表明，金属有机框架(MOFs)可以为细胞提供一种有效的抗癌剂(称为siRNA)。
小干扰核糖核酸(siRNA)具有抑制过表达癌基因的潜力，越来越受到科学家的关注，以寻找新的癌症治疗方法。
Fairen-Jimenez的研究小组利用计算机模拟找到了具有完美孔径的MOF来携带siRNA分子，一旦在细胞中分解，siRNA就被释放到目标位置。他们的研究结果发表在今天的细胞杂志《化学》上。
当细胞中的特定基因导致特定蛋白质的过量生产时，可能会发生一些癌症。解决这个问题的一个方法是阻断基因表达途径，限制这些蛋白质的产生。
SiRNA分子可以与特定的基因信使分子结合，并在它们告诉细胞产生特定的蛋白质之前破坏它们。这个过程被称为“基因敲除”。在过去的十年里，科学家们开始更多地关注siRNA作为一种潜在的癌症治疗方法，因为他们为疾病治疗提供了多种解决方案——你需要知道的是你想要抑制的基因序列，你可以制作相应的siRNA来打破它。你可以对siRNA分子进行一些简单的改变来治疗一种完全不同的疾病，而不是设计、合成和测试新药——这是一个极其昂贵和漫长的过程。
使用siRNA治疗疾病的一个问题是，分子非常不稳定，经常在到达目标之前被细胞的自然防御机制分解。可以对SiRNA分子进行修饰，使其更加稳定，但这将削弱它们敲除靶基因的能力。让分子进入细胞也很困难——它们需要通过另一种载体作为递送剂来运输。
晶体金属有机骨架。图片来源：大卫费尔伦-希门尼斯
剑桥大学的研究人员使用一种特殊的纳米粒子来保护和运送siRNA到细胞中，在那里他们显示出抑制特定目标基因的能力。
Fairen-Jimenez领导先进材料的研究，特别关注MOF:由金属和有机结构单元连接的自组装三维复合材料。
研究人员可以制作成千上万种不同类型的MOF——目前剑桥结构数据库中有超过84，000种MOF结构，每个月都有1，000种新结构发布——它们的属性可以根据特定目的进行调整。通过改变MOF结构的不同成分，研究人员可以创造出具有不同孔径、稳定性和毒性的MOF，使他们能够设计出可以将siRNA和其他分子带入细胞而没有有害副作用的结构。
“如果你正在设计新的药物来治疗这个系统，传统的癌症治疗方法可能会有不同的行为，几何形状和大小，所以你需要一个最适合这些药物的MOF，”Fairen-Jimenez说。“但对于siRNA来说，一旦你开发出一种有用的MOF，原则上你可以用它进行一系列不同的siRNA序列来治疗不同的疾病。”
“以前完成这项工作的人使用的MOF的孔隙率不足以封装NA爵士，所以他们中的许多人可能只是粘在外面，”前医生米歇尔特佩兰斯基说。进行这项研究的Fairen-Jimenez小组的学生。“我们使用了能够封装纳爵士的MOF，当它被封装时，你提供了更多的保护。我们的MOF是由锆基金属节点制成的，我们已经做了大量的研究，表明锆是非常惰性的，它不会引起任何毒性问题。"
使用可生物降解的MOF用于siRNA递送以避免结构完成后不必要的累积是非常重要的。Teplensky和团队选择的MOF被分解成无害的成分，可以很容易地被细胞回收，并且没有有害的副作用。大孔径也意味着该团队可以将大量siRNA装载到单个MOF分子中，从而将敲除基因所需的剂量保持在非常低的水平。
“使用具有如此大孔的MOF的一个优点是，我们可以获得比其他系统所需的更局部化和更高的剂量，”Teplensky说。“SiRNA非常强大，你不需要很多它就能获得好的功能。所需剂量小于MOF孔隙率的5%。”
使用m of或其他载体携带小分子进入细胞的问题是，它们经常在到达目标的途中被细胞阻止。这个过程被称为内体捕获，它基本上是一种防御机制，防止不想要的成分进入细胞。Fairen-Jimenez的团队在他们的MOF中添加了额外的成分，以防止他们在进入细胞的途中被困住，并确保siRNA达到目标。
研究小组使用他们的系统敲除了细胞中产生荧光蛋白的基因，因此他们能够使用显微成像方法来测量蛋白质发出的荧光，而不是用MOF处理的细胞。该团队利用内部专业知识，并与超分辨率显微镜专家Clemens Kaminski和Gabi Kamin合作。
ski-Schierle教授合作，他们也是化学工程和生物技术系的研究负责人。使用MOF平台，该团队始终能够将基因表达预防27%，这一水平显示了使用该技术击倒癌症基因的前景。
Fairen-Jimenez相信他们将能够提高系统的功效，接下来的步骤是将该平台应用于导致所谓的难以治疗的癌症的基因。
“我们被问到的一个问题是'你为什么要用金属有机框架进行医疗保健?'，因为涉及的金属可能对身体有害，”Fairen-Jimenez说。“但我们专注于难治性疾病，例如难以治疗的癌症，过去20年来治疗方面没有改善。我们需要有一些可以提供解决方案的东西;只需多年的生命就会受到欢迎“。
该系统的多功能性将使团队能够使用相同的适应MOF来提供不同的siRNA序列并靶向不同的基因。由于其大孔径，MOF还有可能同时提供多种药物，从而开启了联合治疗的选择。
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