Only Perception: siRNA＋量子點＝強力抑制蛋白生產

2008-06-25

siRNA＋量子點＝強力抑制蛋白生產

Gene silencer and quantum dots reduce protein production to a whisper
http://www.physorg.com/news133455809.html

June 23, 2008

超過 15 年以前，科學家們發現一種方法，可在某一特定基因的歷程中阻止它。這個贏得諾貝爾獎的發現對醫療科學來說握有撩人的希望，不過到目前為止我們仍很難去應用這種技術：活細胞內的 RNA干擾（RNA interference，RNAi）。

現在西雅圖華盛頓大學（UW）與亞特蘭大 Emory 大學的科學家已在使用一種稱為「量子點（quantum dots）」的奈米科技對付這個問題上獲得成功。他們的技術比現存方法（將基因沈默工具，稱為 siRNA，注射到細胞內）有效 10 到 20 倍以上。

"我們相信這將對 siRNA 傳遞領域產生非常重大的衝擊，" Xiaohu Gao 說，UW 的生物工程助教授，同時也是本週一篇發表在 Journal of the American Chemical Society 線上版的研究的共同作者。

"這項研究協助克服 siRNA 領域中存在已久的障礙：如何以低毒性達到高沈默效率，" 共同作者 Shuming Nie 說，Wallace H. Coulter 生醫工程學系（共同隸屬於喬治亞理工與 Emory 大學）的教授。

其他共同作者包括 Emory 的 Maksym Yezhelyev 與 Ruth O'Regan 以及 UW 的 Lifeng Qi。

RNA 的短片段，DNA 的有效拷貝，能使一段遺傳密碼沈默（silencing），或去活性（deactivating），讓蛋白質不再生產。研究實驗室常利用這種技術來理解某一特定基因做了什麼事。在體內，能用 RNA 干擾治療從乳癌到視力惡化一系列疾病。

這項新近實驗所使用量子點：半導體材料的螢光球，直徑只有 6 奈米（9,000 個量子點排成一列將相當於人類頭髮寬度）。量子點的獨特光學特性能導致它們發出不同顏色的光（端看它們的大小）。這些點為了細胞成像、太陽能電池與 LED 而被開發。

這篇論文描述，量子點最早的應用之一是藥物傳遞。

每個量子點都被攜帶一個正電荷的質子海綿（proton sponge）所圍繞。若沒有附加任何量子點，siRNA 的負電荷將妨礙它穿透細胞壁。有了量子點的陪伴（chaperone），電荷更加微弱的 siRNA 複合體穿越了細胞壁、從內小體（endosome，核內體、內膜體，不知道教育部有無統一譯名？這是一種很多脂肪的泡泡，會包圍進入細胞的物質）逃離並累積在胞液中，在此它能進行它中斷蛋白質製造的工作。

這種新發表方法的關鍵是：研究者能調整量子點質子海綿外層的化學組成，讓科學家能精準地控制這些量子點依附在 siRNA 上的鬆緊程度。

量子點在停止基因活性的技術上，顯然比現有的要更好。在實驗中，當 siRNA 以量子點傳遞時，某種測試蛋白在細胞中的生產下降至 2%。相較之下，當 siRNA 以三種商業化試劑或引起反應的物質其中一種傳遞時，測試蛋白的生產仍在 13% 到 51% 的正常水準。

重要的發現還包括，螢光量子點使科學家能觀察 siRNA 的活動。先前的 siRNA 追蹤劑所發出的光線無法持續超過 1 分鐘，然而使用專為造影開發的量子點時，所發出的光線每一次可持續 1 小時。在實驗中，作者們能觀察這個過程許多小時，以追蹤基因沈默劑的路徑。

這種新方法對細胞而言，比現有化學物質的毒性要少 5-10 倍，意味著量點陪伴較不溶液傷害細胞。理想的傳遞載具是不會造成影響；唯一的生物學挑戰將會是 siRNA 阻止細胞生產不需要的蛋白。

然而，量子點比先前的技術更加有效的確切原因，仍是個謎。

"我們相信此改善是因為內小體脫離（endosome escape）以及量子點自 siRNA 分離的能力，" Gao 說。

量子點現在尚未獲准用於人體中。作者們現在正將他們的技術轉換成氧化鐵粒子，那有好幾類已獲 FDA 認可用於人體中。他們亦研究透過附加特定標記到細胞表面，以針對癌症細胞。"往前看，這項研究將對現場 siRNA 療法產生重大衝擊，那將要求使用無毒性的氧化鐵與生物可分解的聚合物載體，而非量子點，" Nie 說。

※ 或許人造病毒是個更好的載具。相關報導：

＊ Proton-Sponge Coated Quantum Dots for siRNA Delivery and Intracellular Imaging
http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jacsat/asap/abs/ja800086u.html