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科技前沿：纳米芯片重编程皮肤细胞
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科技前沿：纳米芯片重编程皮肤细胞
图片来源：pixabay
将某种细胞转化或者“重编程”成其他类型细胞的能力，已经为再生受损肢体和器官带来了希望。但是现有的方法不是风险高就是效率低，并且仅在动物身上进行过试验。一项新技术或许可以克服这些障碍。研究人员已经使用这项技术治愈了小鼠受伤的腿，并声称该技术足够安全，可以开展人体试验。
DNA、RNA以及蛋白质的混合物，常常可以用来对细胞进行重编程。最流行的方法是使用病毒作为传送载体，但是病毒会感染非目标细胞，引发免疫反应，甚至引起细胞癌变。一种替代的方法是批量电穿孔（bulk electroporation），即将细胞暴露在电场中，使细胞膜出现小孔，从而允许遗传物质和蛋白质进入细胞。然而，这种方法也可能会伤害或杀死细胞，并且只有一小部分细胞可以转化为目标细胞。
图片来源：pixabay
发表在《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）的一项研究介绍了一种称为“组织纳米转染”（Tissue nanotransfection）的技术，其使用的纳米芯片中包含许多微小的通道，可以将电场施加到单个细胞上。“与会破坏整个细胞的传统方法相比，这个方法只会影响细胞表面的一小部分区域，”论文作者之一、俄亥俄州立大学化学与生物分子工程师李利（L. James Lee）说，“实际上，我们只在细胞膜上制造了一个小孔，同时将DNA直接注入细胞，因此我们可以控制注射的剂量。”
图片来源：pixabay
俄亥俄州立大学的生理学家昌丹·森（Chandan Sen）和同事研发了一种遗传物质的混合物，可以迅速将皮肤细胞转化成内皮细胞。随后，他们将这种技术应用到由于动脉切断导致大腿血液供应受阻的小鼠身上。实验的结果是，随着新血管的形成，血流量增加，并且在三周之后，小鼠的大腿完全恢复。
此外，研究人员还发现，转化后的细胞似乎会在胞外囊泡（EV）中分泌重编程物质，影响更深层的组织。他们从已接受治疗的小鼠的皮肤中提取EV，注射到其他小鼠体内，效果与直接使用芯片一样。研究人员还将小鼠的皮肤细胞转化成类神经元细胞，并植入由于中风而受损的小鼠大脑，增强它们的脑功能。“从验证性试验来看，这个方法非常好，”德国美因茨大学的神经生物学家贝内迪克特·伯宁格（Benedikt Berninger，未参与此项研究）说，“一个重要的问题是，我们是否能够让胞外囊泡仅仅转化特定的细胞？”
研究人员希望，在一年内开展人体试验。“考虑到这项研究的潜力，”昌丹·森说，“人体试验将具有革命性意义。”
撰文：西蒙·梅金（Simon Makin）
翻译：季韬
文章来源：环球科学
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将某种细胞转化或者“重编程”成其他类型细胞的能力，已经为再生受损肢体和器官带来了希望。但是现有的方法不是风险高就是效率低，并且仅在动物身上进行过试验。一项新技术或许可以克服这些障碍。研究人员已经使用这项技术治愈了小鼠受伤的腿，并声称该技术足够安全，可以开展人体试验。
DNA、RNA以及蛋白质的混合物，常常可以用来对细胞进行重编程。最流行的方法是使用病毒作为传送载体，但是病毒会感染非目标细胞，引发免疫反应，甚至引起细胞癌变。一种替代的方法是批量电穿孔（bulk electroporation），即将细胞暴露在电场中，使细胞膜出现小孔，从而允许遗传物质和蛋白质进入细胞。然而，这种方法也可能会伤害或杀死细胞，并且只有一小部分细胞可以转化为目标细胞。
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发表在《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）的一项研究介绍了一种称为“组织纳米转染”（Tissue nanotransfection）的技术，其使用的纳米芯片中包含许多微小的通道，可以将电场施加到单个细胞上。“与会破坏整个细胞的传统方法相比，这个方法只会影响细胞表面的一小部分区域，”论文作者之一、俄亥俄州立大学化学与生物分子工程师李利（L. James Lee）说，“实际上，我们只在细胞膜上制造了一个小孔，同时将DNA直接注入细胞，因此我们可以控制注射的剂量。”
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俄亥俄州立大学的生理学家昌丹·森（Chandan Sen）和同事研发了一种遗传物质的混合物，可以迅速将皮肤细胞转化成内皮细胞。随后，他们将这种技术应用到由于动脉切断导致大腿血液供应受阻的小鼠身上。实验的结果是，随着新血管的形成，血流量增加，并且在三周之后，小鼠的大腿完全恢复。
此外，研究人员还发现，转化后的细胞似乎会在胞外囊泡（EV）中分泌重编程物质，影响更深层的组织。他们从已接受治疗的小鼠的皮肤中提取EV，注射到其他小鼠体内，效果与直接使用芯片一样。研究人员还将小鼠的皮肤细胞转化成类神经元细胞，并植入由于中风而受损的小鼠大脑，增强它们的脑功能。“从验证性试验来看，这个方法非常好，”德国美因茨大学的神经生物学家贝内迪克特·伯宁格（Benedikt Berninger，未参与此项研究）说，“一个重要的问题是，我们是否能够让胞外囊泡仅仅转化特定的细胞？”
研究人员希望，在一年内开展人体试验。“考虑到这项研究的潜力，”昌丹·森说，“人体试验将具有革命性意义。”
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