超声基因治疗:治疗心脏病和癌症的新方法

近期,美国国家科学院院刊刊登文章指出,结合超声能量和超声微泡在细胞上打孔可能成为与心血管疾病和癌症作斗争的新工具。匹兹堡大学的研究人员称这种基因治疗方法为声孔效应疗法。小编对相关信息进行了整理编译。

       近期,美国国家科学院院刊刊登文章指出,结合超声能量和超声微泡在细胞上打孔可能成为与心血管疾病和癌症作斗争的新工具。匹兹堡大学的研究人员称这种基因治疗方法为声孔效应疗法。小编对相关信息进行了整理编译。


       简单的来,我们将超声触发细胞膜破裂的生物物理机制称为声孔效应。关于声控效应的研究主要与超声微泡振动物理刺激和由此产生的细胞膜渗透性相关。通过研究已经证明,存在一个微气泡振荡引起的剪切应力阈值,大约1千帕,当压力超过这个值,内皮细胞膜通透性增加。剪切应力阈值显示出与振荡周期数目和从0.5Hz到2Hz的超声频率的一个逆平方根关系。此外,通过实时三维共焦显微镜的测量证明:一个声孔效应过程是通过顶端和基底细胞膜层沿其外侧封装(密封时间<2分钟)直接导致细胞即刻生成膜孔。声孔效应在细胞融合方面也有很大的潜力,它可以使两个相邻细胞在30-60分钟内融合。

       UPMC的超声分子成像与治疗中心研究员Brandon Helfield博士说:“研究人员利用超声波能量和小气泡,选择性的在细胞上开一个小孔,进行药物的传输。利用聚焦超声束,我们可以在保留健康组织的同时,准确的将药物发送到病变部位。我们专注研究生物物理学在这方面的作用,通过提高技术,完善这种诊断方法。”

       在当前基因治疗的方法中,研究人员通常使用病毒将基因带入细胞内进行培育,这种方法会产生强烈的副作用,例如症免疫系统反应等。为了解决这个问题,研究人员已经开发出携带基因的血管内微气泡,这些微气泡可以通过聚焦超声能量有针对性的释放自身携带的基因。

       匹兹堡大学的研究人员开发了一种每秒2500万帧的超速成像摄像机,北美仅此一台。在这种相机的帮助下,研究人员可以更好的研究声孔的生物物理学现象。他们确定了气泡穿过细胞膜后,进行有针对性的靶向治疗所需要的最小局部剪切力。

       匹兹堡大学医学副教授徐彩晨,他和匹兹堡大学的心脏、肺部、血管等研究所一起开发了相机系统。他说:“通过超速成像摄像机,我们看到气泡可以每秒振动数百万次,使我们确定了微气泡引起的剪切应力是声孔效应的关键因素。这个信息也有利于治疗方案的智能化设计和微泡的制备,这样就可以事先得知打开细胞后预期的效果。这也给了我们一个起点:研究细胞在应对这种治疗时会做出什么样的反应。”

       研究人员认为,这些发现将帮助他们理解声孔效应的原理。帮助专家设定合适的参数,包括超声振幅水平和微泡的设计,以达到最终的临床应用。

       “了解声孔效应的生物物理机制对我们来说是很重要的,这可以帮助我们将这种方法转化为一种有效的基因或药物传递工具。在PNAS的研究基础上,我们继续研究声孔效应如何影响处理后细胞的功能。并研究发展策略,以最大限度地发挥其治疗作用。”超声分子成像和治疗学中心主任Flordeliza Villanueva教授说。
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