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突破基因治療困境的希望之星:球型核酸 (下)

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本專題的上集介紹了球型核酸的基本構造和作用原理,顯示這是一種極富潛力的基因治療技術;而下集將介紹球型核酸目前在動物實驗和臨床研究的成果,從實務面探討這項新技術的應用。

突破血腦障壁,進攻腦部腫瘤大本營

血管進到組織後愈分愈細,到了微血管就只剩下薄薄一層血管內皮細胞構成管壁;而內皮細胞間其實充滿縫隙,故血球、蛋白質、及大部分藥物能夠自由穿透。不過供應中樞神經系統的微血管比較特殊,這裡的管壁內皮細胞之間由緊密連結 (tight junction) 構成屏障,還會有基底膜以及星狀膠細胞的終足共同形成三層構造;故非經特有通道,大部分物質均無法自由進出,這也大大限制了中樞神經藥物的療效 [1]。不過球型核酸可與細胞膜上 A 型清道夫受體 (class A scavenger receptors,SR-A) 結合引發胞吞作用,所以能夠「光明正大」地穿透血腦障壁 [2];加上過去研究顯示利用清道夫受體平台作為給藥途徑能有效提升血腦障壁穿透率及組織滲透程度 [3],因此目前有許多研究探討以球型核酸治療腦部病變的可能性。神經膠質母細胞瘤 (glioblastoma multiforme,GBM) 為大腦最常見的惡性腫瘤之一,其發生與致癌基因 Bcl2L12 關係密切。Jensen 等人針對此基因設計 L12 – 小干擾 RNA 球型核酸 (L12-SNA),並於帶有神經膠質母細胞瘤的小鼠進行局部顱內注射後,從影像結果看到 L12-SNA 能夠集中在腫瘤組織,累積量為正常組織的 10 倍。研究人員接著從尾靜脈注射進行系統性給藥,更進一步發現 Bcl2L12 基因表現受到抑制、腫瘤細胞凋亡增加等療效,實驗小鼠的生存時間也成功延長,且未有副作用或毒性產生 [4]。另一團隊則發現微小 RNA miR-182 可能會調控 Bcl2L12 基因表現,故設計出攜帶 miR-182 的球型核酸 182-SNAs,後來注射送入帶有神經膠質母細胞瘤之小鼠後也得到與前一團隊類似的成果 [5]。在療效與安全性經動物實驗獲得驗證的狀況下,以球型核酸治療神經膠質母細胞瘤的臨床試驗正準備展開。

穿過表皮阻礙直達病灶

皮膚局部給藥因為施用方便且系統性副作用較少,故為治療皮膚病變的首選途徑;但由於表皮層對通過的物質具有選擇性,藥物設計往往因此受到諸多限制。近期有研究將可自由進出細胞的球型核酸結合方便塗抹於皮膚的保濕霜或磷酸鹽緩衝液,發現可有效抑制 EGFR 致癌基因活性,且於小鼠與人類皮膚皆未造成臨床毒性。進一步分析其潛在脫靶效應的結果顯示,球型核酸只造成7個基因的表現受到提升;相較之下,以傳統常用的 DharmaFECT1® 試劑套組送入 siRNA 時竟會有高達 427 個無關的基因會受到影響 [6]。顯然,球型核酸具備有效導入寡核苷酸與不易發生脫靶效應的優點,因此在轉移性皮膚癌與牛皮癬等皮膚基因相關疾病上極具治療潛力。

球型核酸影片:

來源:https://science360.gov/obj/video/355ec798-93d3-4abb-a515-b77dc38b2ec7/spherical-nucleic-acids

延伸閱讀:突破基因治療困境的希望之星:球型核酸 (上)

多功能球型核酸

除了直接抑制基因的轉錄和轉譯,球型核酸也可以和其他物質結合來提升治療效果。舉例來說,太平洋紫杉醇 (paclitaxel) 乃治療卵巢癌、乳癌、與非小細胞肺癌的常用藥物,但因為水溶性低、癌細胞容易產生抗藥性、以及經常出現嚴重副作用,故使用上相當不易拿捏。於是 Zhang 等人將 paclitaxel 結合於球型核酸上,發現不僅在磷酸鹽緩衝液中的溶解度提升了 50 倍,而且能夠殺死多種已具有抗性的癌細胞,使藥物的分布能力和效力獲得顯著提升 [7]。另外,為避免球型核酸進入目標以外的細胞,Zhang 等人試圖利用抗體提高專一性,將第二型人類表皮生長因子受體 (HER2) 單株抗體結合在可抑制 HER2 基因的反義 DNA 球型核酸上,並施用於表現 HER2 之 SKOV-3 卵巢癌細胞。研究顯示結合單株抗體的球型核酸不僅在癌細胞的累積量明顯較無抗體者高,且於較低濃度即可完全抑制細胞表面之 HER2 受體,使專一性與效力都更上一層樓 [8]。此外,球型核酸也可增加顯影劑進入細胞的效率。三價釓 (GdIII) 是核磁共振常用的顯影劑,而 Song 等人拿它與球型核酸結合形成 SNA-GdIII 後發現,細胞的吸收率較臨床常用的 DOTA-GdIII 高出 50 倍左右,顯見球型核酸能夠幫助顯影劑更有效地進入細胞以增加核磁共振影像品質 [9]。

球型核酸的未來發展與展望

球型核酸容易進入細胞且不易引發免疫反應而被破壞,加上可結合既有藥物的特性,使其具有極大的應用潛力。第一個以 RNA 球型核酸進行治療的 Phase I 臨床試驗在近期展開,其設計是以腫瘤壞死因子 – α (TNF-α) 作為抑制目標來治療牛皮癬 (乾癬)。目前階段性結果顯示患者對於藥物耐受性良好且無相關副作用,加上 TNF-α 的抑制程度會隨球型核酸的劑量提高而愈發顯著,故各方對試驗結果皆感到相當振奮!而經由設計不同的寡核甘酸,球型核酸幾乎可應付任何基因相關的疾病,因此球型核酸目前和基因編輯工具 CRISPR 面臨相同的挑戰,也就是如何找出最適合做為目標的基因進行治療,克服過去力有未逮的難治疾病。

延伸閱讀:解開實體腫瘤微環境的奧秘

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參考文獻:
1. Pardridge WM. J Cereb Blood Flow Metab 2012; 32:1959-72.
2. Massich MD et al. Mol Pharm 2009; 6:1934-40.
3. Goti D et al. J Neurochem 2001; 76:498-508.
4. Jensen SA et al. Sci Transl Med 2013; 5:209ra152.
5. Kouri FM et al. Genes Dev 2015; 29:732-45.
6. Zheng D et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2012; 109:11975-80.
7. Zhang XQ et al. ACS Nano 2011; 5:6962-70.
8. Zhang K et al. J Am Chem Soc 2012; 134:16488-91.
9. Song Y et al. Angew Chem Int Ed Engl 2009; 48:9143-7.

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