脂质体作为药物递送系统含有纳米药物。靶向药物递送一直是现代医学的核心目标——将疗法精确送达所需部位，同时避免伤害健康组织。然而，开发能够决定何时何地发挥作用的治疗方法始终是一项重大挑战。如今，华盛顿大学（UW）的一项新研究在可编程蛋白质领域取得重要进展，这些蛋白质利用布尔逻辑在体内做出分子级决策。
本周发表在《自然-化学生物学》杂志上的一项原理验证研究中，华盛顿大学化学工程与生物工程学教授科尔·德福里斯特博士及其同事描述了一种新型逻辑编程蛋白质“电路”，能够自主控制药物的定位和释放。该研究题为“通过自主编译分子拓扑实现的布尔逻辑门控蛋白质呈递”，证明蛋白质可被设计用于执行基于生物信号组合的复杂逻辑运算——如与门、或门和是门。
“我们思考这些概念已有一段时间，但在提高和自动化生产方面一直遇到困难，”资深作者德福里斯特表示，“现在我们终于找到了更快、规模化生产这些系统的方法，并显著增强了逻辑复杂性。我们期待这些将引领更复杂、可扩展的疾病靶向疗法。”
团队的创新在于设计具有自折叠尾部的蛋白质，这些尾部会根据环境信号（如特定酶的存在、与身体特定区域或癌症等疾病相关的pH水平）形成特定形状。这些“智能尾部”使蛋白质能够作为自主决策者，仅在满足预设条件时释放治疗性载荷。结果是，该系统能在体内实现前所未有的靶向精度。
研究人员利用重组表达系统，将活细胞作为工厂来构建这些复杂的可编程蛋白质，消除了长期以来限制可扩展性的多步有机合成需求。“使用旧工艺，合成这些材料中的几毫克就需要数月时间。现在，从构建设计到产品只需几周，”德福里斯特说，“这对我们来说是彻底的改变。”
在一个概念验证实验中，团队创建了能够响应多达五种不同生物标志物的蛋白质，并展示了“从水凝胶中多重递送三种生物大分子”。该方法可应用于将药物直接递送至疾病组织，同时最大限度减少脱靶效应。
“潜力无限。你可以在一次治疗中创建延迟且独立的多种成分递送，”共同第一作者、华盛顿大学生物工程博士生穆里尔·罗斯表示，“我认为我们可以创建蛋白质能够响应的更大逻辑电路。如今，技术发展已超越我们在应用方面的认真考虑，这是个绝佳的位置。”
除了药物递送，该技术未来甚至可能支持能够检测复杂生物标志物模式的诊断工具，或在单个细胞内直接制造治疗性蛋白质。
“梦想是，”德福里斯特补充道，“能够选择体内的任意位置——精确到单个细胞——并编程一种材料前往并发挥作用。这要求很高，但借助这些技术，我们正越来越接近。”
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