蘇州納米所類器官創(chuàng)新中心在核酸藥物制備類器官種子細(xì)胞方面取得新進(jìn)展
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）的定向分化為類器官構(gòu)建上提供了目標(biāo)特異性的種子細(xì)胞。然而，傳統(tǒng)的多步驟分化方式效率低下，且常無法生成高功能強(qiáng)度的細(xì)胞。提升iPSC的定向分化效率和分化細(xì)胞的功能強(qiáng)度是亟待解決的重點(diǎn)問題。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所類器官中心的研究團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)了一種高效的脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送系統(tǒng)。成功利用LNP遞送編碼多種轉(zhuǎn)錄因子的環(huán)狀RNA（circRNA），實(shí)現(xiàn)對iPSCs的正向編程，將其高效分化為功能性的內(nèi)皮細(xì)胞和肝樣細(xì)胞，為類器官構(gòu)建提供了可靠的種子細(xì)胞來源（圖1）。
圖1 LNP遞送circRNA正向編程iPSC的策略
圖2 LNP配方的篩選和優(yōu)化
實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞正向編程需要高效目標(biāo)基因的持續(xù)穩(wěn)定表達(dá)。研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)篩選和優(yōu)化，開發(fā)了基于SM-102和DOPE的LNP4配方（圖2）。該配方顯著提升了circRNA的細(xì)胞內(nèi)遞送效率和內(nèi)體逃逸能力，在多種來源的iPSCs中均實(shí)現(xiàn)高于97%的轉(zhuǎn)染效率，且細(xì)胞活性不受影響。circRNA在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)表達(dá)至96小時，遠(yuǎn)超線性mRNA（圖3）。研究團(tuán)隊(duì)同時揭示了LNP4通過形成高白蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白含量的蛋白冠，促進(jìn)細(xì)胞攝取，并通過DOPE介導(dǎo)的膜融合實(shí)現(xiàn)高效的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸。
圖3 LNP4展現(xiàn)了高circRNA遞送效率及在iPSC上的高效報告基因表達(dá)
在獲得LNP4配方的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)利用LNP4遞送編碼關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的circRNA，成功實(shí)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞的正向編程。通過遞送circ-ETV2，在7天內(nèi)獲得80.3%的CD31+/CD144+雙陽性內(nèi)皮細(xì)胞，且具備成管功能（圖4）。
圖4 circ-ETV2介導(dǎo)的iPSCs向內(nèi)皮細(xì)胞的正向編程
圖5 circ-LEFTs介導(dǎo)的iPSCs向肝細(xì)胞的正向編程
通過協(xié)同遞送circ-FOXA3、circ-HNF1A和circ-HNF6（circ-LEFTs），在16天內(nèi)獲得具有肝臟標(biāo)志物以及白蛋白分泌、脂蛋白攝取和糖原儲存功能的肝樣細(xì)胞（圖5）。
圖6?轉(zhuǎn)錄組分析正向編程對iPSC的重塑作用
進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，circRNA-LNP系統(tǒng)通過激活AMOT–Hippo–SNAI2信號軸，促進(jìn)肝系定向分化。抑制該通路則顯著降低肝細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)，揭示了其在細(xì)胞命運(yùn)決定中的關(guān)鍵作用。
該研究構(gòu)建了一種非病毒、無整合、可調(diào)控的circRNA-LNP遞送平臺，為實(shí)現(xiàn)iPSC的高效、可控、規(guī)?；ㄏ蚓幊烫峁┝诵虏呗?，未來在肝臟類器官模型、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)中具有廣闊應(yīng)用前景。研究成果以Optimized Lipid Nanoparticles Delivery Enables Efficient Circular RNA-Mediated Forward Programming and Lineage Specification of Induced Pluripotent Stem Cells?為標(biāo)題發(fā)表在?Advanced Functional Materials?上。論文第一作者為蘇州納米所博士研究生吳康露，通訊作者為項(xiàng)目研究員王凱。研究獲得了中國科學(xué)院人才計(jì)劃、江蘇省類器官創(chuàng)制與精準(zhǔn)醫(yī)療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等支持。
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