RNA纳米颗粒的橡胶和变形虫特性，增强肿瘤靶向性和肾脏排泄能力以增强疗效和降低毒性

由俄亥俄州立大学综合癌症中心的郭培宣（Peixuan Guo）教授（点击查看介绍）领导的团队进行的一项新研究表明，RNA纳米颗粒所具有的弹性和橡胶性质，可以解释这些RNA纳米颗粒为何具有高效的肿瘤靶向性以及为何在动物研究中几乎检测不到毒性。

这项发表在ACS Nano 期刊上的研究表明，RNA纳米颗粒具有的弹性变形虫特性能够使其拉伸、收缩并恢复其正常形状。据研究人员介绍，这些特性可以使RNA纳米颗粒渗透通过薄弱的肿瘤血管壁并进入肿瘤组织，从而帮助提高它们的肿瘤靶向性并快速从肾脏排泄到尿中。

橡胶作为一种在工业和日常生活中广泛使用的材料，在制造、机理和弹性性质方面都得到了广泛的研究。由于其经济价值和技术潜力，纳米技术中弹性体材料的发展势在必行。众所周知，纳米颗粒的化学和物理性质在其生物体内外相互作用中起着重要作用，并且影响了纳米颗粒的药代动力学和生物分布性质。纳米颗粒的类橡胶和变形虫的特性在包括循环时间、生物分布、靶向效果、内吞参数、吞噬功效和肾脏排泄等关键作用上已得到证明。

RNA及其化学衍生物是纳米技术中的重要基础材料，并应用于诸如靶向药物输送、纳米电路和传感器件等众多方向。核酸的可编程自组装以及其独特的物理和化学性质使这些应用成为可能。对天然碱基进行不同的修饰从而改善核酸性质，例如化学、酶学和热力学稳定性。RNA的2'核糖位置处修饰被应用于抵抗核酸酶引起的酶促降解，从而大大拓展了RNA在许多环境中的潜在应用。类似于积木性质，RNA纳米颗粒因其自下而上的组装能力在材料科学中引起了广泛兴趣，类橡胶的典型特征决定了其在外力作用下能够收缩拉伸然后恢复原始形状的能力。RNA的结构柔性允许以不同构象的可伸缩角度对纳米结构进行模块化组装。Phi29 DNA包装马达含有一个RNA 3WJ三叶草结构，3WJ结构的三个角度分别为97°、125°和138°。RNA 3WJ 97°内角可被收缩或拉伸到60°、90°和108°，从而构建更复杂的3D RNA结构例如二聚体、四聚体、三角形、正方形、四面体、五边形、立方体、棱柱、棱锥、纳米胶束和树枝状大分子。作者已经证明，基于具有高热力学稳定性、大小、形状和化学计量可控性的RNA纳米颗粒具有良好的抑瘤效率以及极低的副作用和可控的免疫原性。

在这项工作中，郭培宣教授领导的团队证明了RNA结构类似橡胶一样的收缩和反弹能力，以及在外力作用下类似于橡胶的力度弹缩曲线。RNA纳米结构可通过光镊技术拉伸和收缩并具有像橡胶一样的反复多次延伸和收缩的性质。应用体内成像系统，研究团队发现与具有相同大小的金和铁纳米颗粒相比，RNA纳米颗粒展示出更强的肿瘤靶向性和更低的健康器官累积。通常，肾脏滤过的上限为5.5 nm，但是5、10和20 nm的RNA纳米颗粒均可以通过肾脏过滤并在尿液中恢复了原始结构。研究团队进一步证明，相同的橡胶性质使RNA纳米颗粒在静脉注射后半小时可以通过肾小球滤过作用排泄到尿液中，从而较快地从体内清除并减少抗癌剂在重要器官中的滞留，降低其毒性。

郭培宣教授表示，“橡胶和变形虫特性的发现解释了：（1）为什么RNA纳米颗粒具有异常高的肿瘤靶向效率，因为它们的类橡胶变形特性使其能够更容易通过肿瘤组织的血管壁渗透进入肿瘤组织并长期滞留；（2）为什么RNA纳米颗粒具有良好的安全性，因为它们可以通过肾脏排泄迅速从体内清除到尿液中，而在体内几乎没有积累。” 郭培宣教授还参加了俄亥俄州立大学综合癌症中心OSUCCC – James转化治疗研究计划，并担任俄亥俄州立大学RNA纳米生物技术和纳米医学中心主任 。现任国际RNA纳米技术和纳米医学学会主席。

美国国立卫生研究院的基金（EB019036，CA151648和CA207946）支持了这项研究。其他研究人员包含俄亥俄州立大学的Chiran Ghimire、Hongzhi Wang、Hui Li、Mario Vieweger、Congcong Xu。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

RNA Nanoparticles as Rubber for Compelling Vessel Extravasation to Enhance Tumor Targeting and for Fast Renal Excretion to Reduce Toxicity

Chiran Ghimire, Hongzhi Wang, Hui Li, Mario Vieweger, Congcong Xu, Peixuan Guo*

ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c04863

导师介绍

郭培宣

https://www.x-mol.com/university/faculty/215036