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浙江大学药学院平渊研究员课题组开发可溶性微针贴片用于透皮基因编辑治疗炎症性皮肤病

[发布时间]:2021-03-17    [作者]:Kyb    访问次数:31

2021311日,浙大药学院平渊课题组在Science Advances期刊上发表了题为“Microneedle-assisted genome editing: A transdermal strategy of targeting NLRP3 by CRISPR-Cas9 for synergistic therapy of inflammatory skin disorders”研究论文。该研究设计了一种可溶性微针贴片,通过透皮给药及胞内递送的分级递药策略,实现CRISPR/Cas9基因编辑系统对皮下免疫细胞和角质形成细胞内NLRP3基因的高效编辑,有效提高了银屑病和特异性皮炎的糖皮质激素疗法。

  炎症性皮肤病是一类临床常见疾病,其病理特征是NLRP3炎症小体激活所引起的多种促炎细胞因子释放,诱导激活先天性和适应性免疫反应。由于NLRP3炎症小体的激活可增加免疫相关细胞的糖皮质激素抵抗力,因而针对炎症性皮肤病(如银屑病及特应性皮炎)的临床治疗,常会出现糖皮质激素的耐药问题。鉴于NLRP3炎症小体在炎症性免疫皮肤病发病机制中的关键性作用,靶向NLRP3炎症小体以减轻炎症反应,是治疗炎症性皮肤病的关键。然而,NLRP3炎症小体主要位于人体皮肤表皮层和真皮层的免疫细胞和角质形成细胞内,因此皮肤角质层成为了靶向NLRP3炎症小体的天然递送屏障。

  该可溶性微针贴片以透明质酸和胶原三肽为可溶性微针基质,针体中包含Cas9核糖核蛋白及地塞米松两种纳米复合物。首先,作者通过聚合物载体将基因编辑Cas9核糖核蛋白包裹制备成纳米复合物,同时利用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)包裹地塞米松包制备成纳米复合物;随后,两种纳米复合物分别装载于以透明质酸及胶原三肽为基质的微针针体中,即得到可溶性微针双载贴片。微针刺入皮肤后可直接穿透角质层到达表皮和真皮层,可迅速被皮肤组织液降解,同时将两种纳米复合物从针体中释放。在聚合物载体的介导下,Cas9核糖核蛋白可跨膜转运至皮下免疫细胞及角质层形成细胞内,并对细胞核内NLRP3基因组进行编辑,因而可以促进糖皮质激素地塞米松的治疗并降低用量。同时地塞米松在其入核的过程中会诱导核孔扩张,从而促进基因编辑核糖核蛋白复合物进入细胞核,增强NLRP3基因的编辑效率(图1)。 

1. 可溶性微针双载贴片用于炎症性皮肤病治疗的示意图。

  由于可溶性微针贴片的基质含有具有生物活性的胶原三肽,因此可以促进皮肤皮损组织的胶原合成,减少经皮失水,促进皮肤损伤的组织修复。通过对微针贴片治疗后小鼠皮损部位的经皮失水流失值和皮肤水化值进行评估,发现不管是空白微针贴片还是载药微针贴片,经皮失水流失值均大大降低,并有效增加了小鼠背部皮肤的水合作用。市售制剂地塞米松乳膏和他克莫司软膏相比,经可溶性微针贴片治疗后,可显著改善皮损组织角质层的屏障功能,促进皮肤天然屏障功能的修复,保持皮肤各层含水量及结构的完整性。 

  在小鼠特异性皮炎和银屑病两种炎症性皮肤病模型中,可溶性微针双载贴片给药后,可对皮下角质形成细胞和免疫细胞中的NLRP3基因进行高效编辑,下调NLRP3的表达,并且成功抑制各种异常的先天性和适应性免疫反应来减轻炎症性皮肤病的典型症状,如剧烈瘙痒皮肤红斑、表皮增厚、表皮屏障功能受损、炎症细胞因子浸润等。同时NLRP3炎症小体的下调,减轻了免疫相关细胞的糖皮质激素抵抗,有效提高了糖皮质激素疗法的抗炎敏感性。

 图2. 可溶性微针双载贴片用于炎症性皮肤病的治疗。(A)小鼠模型治疗示意图;(B)治疗后皮损组织照片(其中G6经微针贴片治疗,G7G8分别经地塞米松乳膏和他克莫司软膏治疗);(C)治疗后小鼠皮损部位的NLRP3及其他炎症小体蛋白的表达量;(D)治疗后小鼠皮损部位的免疫组化照片。

综上所述,通过可溶性微针贴片介导透皮给药,以实现皮下细胞的基因编辑胞内递送的分级递送策略,可有效发挥基因编辑和糖皮质激素的协同治疗效果。该方法不仅在炎症性皮肤病的治疗方面极具潜力,而且也为经皮途径的基因编辑疗法提供了新的思路。

该论文第一作者为药学院博士后万涛,药学院硕士生潘齐为共同第一作者,平渊研究员为本文唯一通讯作者。论文主要由国家自然科学基金面上项目(8207377981872807)资助完成。

 

  原文链接: https://advances.sciencemag.org/content/7/11/eabe2888









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