一种在荧光照明下带有流体管路的心脏微生理系统。这种“心脏芯片”可用于筛选和发现能有效将基因疗法递送至心脏的脂质纳米颗粒。图片来源：加州大学伯克利分校
心血管疾病仍是全球死亡的首要原因。然而，心力衰竭治疗的进展已陷入停滞，主要由于在细胞层面递送治疗药物的难度。如今，由加州大学伯克利分校领导的研究团队可能已解决了这一递送瓶颈，有望为新型救命治疗打开大门。
他们新方法的核心是一种人类心脏微生理系统（MPS）——也称为“心脏芯片”——该系统提供了一个微型化的人类心脏模型，包含三维微肌肉。此类设备由微流体通道组成，宽度小于人类头发，内衬活体人类细胞。通过控制流体流动和其他元素，研究人员可以模拟心脏生理的某些方面。
利用这种“心脏芯片”，来自加州大学伯克利分校、格莱斯顿研究所和加州大学旧金山分校的研究人员发现了一种脂质纳米颗粒，能够穿透致密的心肌并高效地将治疗性信使RNA（mRNA）递送至心肌细胞（即心肌细胞）。
他们的研究成果发表在《自然·生物医学工程》期刊上。
脂质纳米颗粒是由脂肪制成的微小球形颗粒，用于包裹治疗剂。它们被认为是临床最先进的非病毒递送系统，用于在基因编辑疗法和疫苗中递送mRNA，包括辉瑞-生物技术公司和莫德纳的新冠疫苗。
然而，成功将mRNA递送至心肌细胞取决于一种称为“内体逃逸”的过程，长期以来这被视为该领域的一个挑战。内体充当细胞的分拣站，如果治疗剂卡在那里，就会开始降解。要发挥作用，脂质纳米颗粒必须离开内体并进入细胞质，以便分发其mRNA货物，实现最大治疗效果。
为解决这一问题，研究人员合成了具有新型酸降解性聚乙二醇涂层的脂质纳米颗粒，旨在使其能轻松扩散通过心肌组织并逃离内体。利用“心脏芯片”，他们测试了不同版本，以确定对心肌细胞递送基因编辑疗法最有效的脂质纳米颗粒。随后，他们在小鼠心脏上测试了这些脂质纳米颗粒，并记录了类似且积极的结果。
该研究的共同首席研究员凯文·希利表示，研究人员的“器官芯片”方法还可让科学家更准确地预测活体生物的测试结果，并加速mRNA心脏疗法的进步。他指出，关键在于该模型能够比简单的二维模型更好地复制微组织的复杂三维细胞环境，而二维模型通常由在培养皿中生长的单层细胞组成。
“我们的框架能够更快、更少动物实验地识别出有效且安全递送这些疗法的脂质纳米颗粒，”加州大学伯克利分校生物工程与材料科学与工程教授凯文·希利说，“因此，通过使用器官芯片模型预测心脏靶向递送和安全性，我们有望加速心力衰竭治疗、心脏保护因子和基因校正等项目的开发，同时减少转化时间和成本。”
更多信息：Gabriel Neiman 等人，《用于筛选脂质纳米颗粒-mRNA复合物的微生理系统可预测体内心脏转染效果》，《自然·生物医学工程》（2025）。DOI: 10.1038/s41551-025-01523-4
【全文结束】
