將抗體潛入細胞的更簡單方法

對于幾乎任何可能的蛋白質，都可以開發(fā)相應的抗體來阻止其結合或改變形狀，從而最終阻止其執(zhí)行其正常功能。因此，數十年來，科學家一直將抗體視為關閉細胞內蛋白質的一種方法，但仍沒有一致的方法使抗體以有意義的數量通過細胞膜。

現在，賓州工程學院的研究人員已經找到了一種抗體，可以使抗體與轉染劑搭接，生物學家通常將其帶正電荷的脂肪泡用于將DNA和RNA轉運到細胞中。這些運載工具只接受帶有高度負電荷的貨物，這種負電荷具有核酸的質量，但抗體卻缺乏。通過設計可以與任何抗體連接而不破壞其功能的帶負電荷的氨基酸鏈，他們使抗體與常見的轉染劑廣泛兼容。

除了這項技術在研究細胞內動力學方面的實用性之外，研究人員還使用抗體進行了功能性實驗，從而突出了該技術在治療方面的潛力。一種抗體阻斷了一種蛋白質，該蛋白質通過過早將某些藥物從細胞中排出而降低了某些藥物的功效。另一個阻斷了參與轉錄過程的蛋白質，這可能是一種以更有害的作用敲除蛋白質的更基本的方法。

這項研究發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上，由生物工程學系教授安德魯·索卡斯(Andrew Tsourkas)和其實驗室的研究生賀佳·亨利·王(Hejia Henry Wang)進行。

Tsourkas說：“如果要研究特定蛋白質在細胞中的作用，則需要一種關閉其功能的方法。” “至少從1980年代開始，科學家就一直在討論使用抗體來做這種事情，但即使是當今最好的方法，也效率不高，而且常常具有侵入性。”

迄今為止，這些最有效的技術包括用顯微鏡針將抗體手動注射到細胞質中，這是一項艱巨的努力，不可能大規(guī)模進行。高壓電脈沖還可用于在質膜上暫時形成孔，以使抗體流入細胞質，但需要進行大量修補，以確保在此過程中不會殺死細胞。

Tsourkas和Wang受到了細胞內抗體遞送的可能性的啟發(fā)，但他們期待著為基因遞送而開發(fā)的商業(yè)轉染劑的成功，通過將DNA或RNA的新序列引入細胞，已經使無數的細胞動力學研究成為可能。

Tsourkas說：“利用基因傳遞方面的技術發(fā)展將使我們能夠將抗體傳遞給更大的細胞群。” “更重要的是，能夠像在DNA或RNA上一樣容易地在細胞膜上運送抗體，將開辟一個目前世界上大多數生物學實驗室都無法實現的實驗世界。”

使用DNA和RNA完全阻止蛋白質的生產是一種鈍器。但是，抗體可用于抑制特定的蛋白質功能或僅阻斷相關的結合位點。

Wang說：“由于抗體在生物學研究中得到了廣泛的應用，因此從商業(yè)供應商那里可以買到成千上萬種經過有效驗證的抗體。” “我們的技術允許研究人員首次使用這些抗體中的任何一種來抑制細胞內蛋白質，從而大大擴展了現有抗體收集的用途。”

賓夕法尼亞大學工程師技術的核心是找到一種即插即用的主要屏障解決方案，以防止抗體和其他蛋白質與商業(yè)轉染劑兼容。那些帶正電荷的脂質氣泡很容易接受DNA和RNA，因為核酸具有很強的負電荷，而抗體在其整個結構中都具有一定范圍的正電荷和負電荷。

來自其他實驗室的少量先前研究表明，在蛋白質上附著高度負性“標簽”的潛力很大，足以改變其總電荷以與市售轉染劑一起使用。Tsourkas和Wang通過設計一種簡單的方法將陰離子多肽(帶負電荷的氨基酸的短鏈)連接到幾乎任何現有抗體上，從而擴展了這項研究。

Tsourkas說：“如果您不是抗體生產實驗室，則可能沒有足夠的專業(yè)知識來自信地創(chuàng)建帶有負電荷標簽的抗體。” “我們所做的就是提供一種非常簡單的試劑，將陰離子多肽精確地連接到您可以在一個步驟中購買的任何抗體，而不會在此過程中阻礙其功能。”

較早的艱苦技術使抗體進入細胞，成功率只有一位數。相比之下，Penn工程師的實驗發(fā)現高達90%的細胞最終具有足夠的抗體來抑制被靶向的蛋白質功能。

Tsourkas說：“在一種情況下，我們抑制了一種清除小分子藥物的蛋白質，然后才能起作用。藥物反應曲線表明，與這種蛋白質具有活性的情況相比，我們可以殺死細胞的劑量降低了五倍。” “在第二種情況下，我們證明了我們可以通過測量RNA編碼的蛋白質的數量來阻止轉錄因子進入細胞核，而該細胞核通常會轉錄RNA 。”

該團隊最近獲得了一筆撥款，將這項工作擴展到小鼠體內研究。他們將必須在那里開發(fā)新的運載工具，這些運載工具首先能夠將抗體傳遞給靶細胞，但他們也將有機會應對“不可消耗的蛋白質組”，即小分子蛋白質的龐大名冊藥物目前無法抑制。

Tsourkas說：“據估計，超過80%的細胞內蛋白質不能與傳統(tǒng)的小分子藥物一起用藥，因此，我們相信我們的技術使我們能夠獲得廣泛的新治療靶點。”