在过去10年间，比利时根特大学的Kevin Braeckmans教授始终专注于利用光热纳米纤维设计安全治疗细胞的方法。现在，关于生物相容性光热纳米纤维开发的方法，以及在激光照射下与这些纳米纤维接触的细胞如何变得通透并被各种效应分子转染，Braeckmans教授所在的研究团队给出了答案。

研究团队证明，经过激光脉冲照射后，纳米纤维转染的细胞如胚胎干细胞和人类T细胞健康状况良好，并保留了原先的治疗功能。

细胞疗法的新基础

基于细胞的疗法构成了一种更新的治疗形式，其中将转基因细胞注射到患者体内以预防或治疗疾病。一个众所周知的例子是使用癌症患者自身的免疫细胞，这些细胞可以在实验室环境中被分离、基因改造和扩增，然后重新注入患者体内以攻击肿瘤细胞。细胞的遗传修饰取决于细胞内的递送技术，这种技术通常很难起到有效率，同时对细胞的健康和功能的影响降至最低。

纳米粒子敏化光穿孔在这方面有可观的开发前景，因为其通常能提供高效率、高通量和低毒性。基于使用光响应纳米粒子如金纳米粒子，可以在脉冲激光照射下形成爆炸性纳米气泡。这些微小的爆炸可以在细胞膜上产生小孔，让细胞培养基中补充的外部效应分子进入细胞。但是，由于细胞与不可降解的纳米粒子接触后会产生毒理学和监管的问题，因此阻碍了纳米粒子敏化光穿孔向临床应用的转化。

因此，研究人员就需要开发一种新方法保留纳米颗粒敏化光穿孔的优势，同时避免纳米颗粒和细胞的直接接触。如上图所示，Braeckmans教授所在的团队将光热氧化铁纳米粒子嵌入到通过静电纺丝生产的生物相容性聚合物纳米纤维中。聚己内酯是一种广泛用于生物医学应用的生物相容性聚合物，而光热氧化铁纳米粒子具有成本效益且具有宽广的光吸收光谱。

研究表明，在纳秒激光脉冲照射下，贴壁细胞和悬浮细胞都可以被一系列大分子安全而有效地转染。研究人员通过电感耦合等离子体——串联质谱（inductively coupled plasma—tandem mass spectrometry，ICP-MS/MS）进行元素分析，确认了光热氧化铁纳米粒子在激光照射后仍安全地嵌入纳米纤维中，从而使处理过的细胞避免了与纳米颗粒直接接触。

之后，研究团队还对从纤维嵌入的光热氧化铁纳米粒子到附近细胞的热传递进行数值模拟，以更好地了解激光脉冲通量、光热氧化铁纳米粒子分布和聚集状态，是如何影响细胞膜通透性的。

■Braeckmans教授

实验表明，光热纳米纤维的光穿孔可以成功地将功能性生物分子，包括siRNA或 CRISP-Cas9 核糖核蛋白输送到贴壁细胞和悬浮细胞，包括人类胚胎干细胞和原代人类T细胞。作为基准，研究人员用这种方法与目前先进的电穿孔进行了比对。电穿孔细胞的表型和功能发生了变化，而光穿孔细胞则保留了增殖能力，并且由于嵌合抗原受体T细胞的缘故，可以杀死肿瘤细胞。

总之，它表明使用光热纳米纤维进行光穿孔能够在多种细胞类型中高效、安全地传递多种效应分子，而无需接触潜在有毒的光热纳米粒子。“我们相信这是朝着使用光穿孔技术安全有效地生产基因修饰细胞疗法迈出的重要一步。”Braeckmans教授说。