保护细胞和基因疗法不使用毒素

似乎每一天你能找到某个标题描述科学家取得非凡的进步发展中细胞和基因治疗罕见的遗传疾病,各种癌症,和影响大多数工业化国家的常见疾病。遗传物质在疫苗,现在普遍,因为科学家们发现信使rna是一种有效的起点诱发SARS-COV-2强烈的免疫反应。除了遗传因素,所有这些医疗产品面临着共同的挑战:他们必须保持冷在储存和运输仍然可行,直到他们可以使用。

不幸的是,当前的技术同行细胞和组织的目的,不是为了保护医疗产品。但是今天,科学家和工程师开发新工具,如蛋白质像“peptoids”,可以使冷藏和运输更容易,更安全,更可靠。

今天的cryopreservatives是有毒的

今天的医疗产品的生物成分降解迅速在体外,除非它们保持在零度以下的温度,但冷藏介绍了医学和物流挑战。首先,储存在细胞-80°C可以生存下去,但只有在沐浴在有毒的冷冻剂(注册会计师)。注册会计师如二甲亚砜(DMSO)减少冰晶的生长和保护细胞免受破坏冻结,但他们可以让细胞疗法临床使用安全。¹

DMSO是致命的老鼠当应用静脉注射的浓度小于4毫升/公斤。²在人类中,DMSO可引起一系列严重的毒性作用从内部出血发作,神经毒性,呼吸停止和致命的心律失常。一个回顾性分析显示,在34000个干细胞移植受者在95个医疗中心,大约每100人中有经验的急性毒性与治疗有关。³从历史上看,使用DMSO的好处大于风险,但随着细胞和遗传物质越来越不可或缺的医疗,越来越多的人毒素暴露的风险。科学家们需要一种新的方法,将使这些医学突破可伸缩的和安全的。

抗冻蛋白是解决方案吗?

科学家寻找无毒的替代DMSO向自然寻求解决方案。许多动物比人类在更广泛的环境条件可以容忍,包括极端寒冷,这表明一些物种可能的关键安全保护人类的生物材料。例如,一些鱼类适应生活在低于冰点的南大洋通过开发生产防冻蛋白(法新社)的能力。这些蛋白质防止冰晶增长的体内,从而降低了他们的血液和其他体液冰点。

法新社已经用于在多个应用程序中使用在实验室,如保护动物精子。⁴但法新社不是可伸缩的临床使用,因为提取和净化的过程是复杂而昂贵的,蛋白半衰期较短,他们有可能诱发人类的不良免疫反应。^4、5法新社不得答案,但这些蛋白质激发了科学家的研究开发合成蛋白质像分子模仿他们的好处是无毒,容易产生。

合成peptoid聚合物

最新的注册会计师在今天的发展N代替仿生氨基酸聚合物(peptoids)和peptoid-peptide混合动力车。Peptoids是无毒的,可以产生大规模临床产品的保护。至关重要的是,他们可以防止冰晶形成细胞内温度至少液氮的温度,-196°C。早期的研究表明,在解决方案,peptoids一样有效DMSO在维持细胞生存能力和细胞毒性较低。

在一项研究中,研究人员和DMSO溶液或peptoid细胞孵化。⁶他们发现,DMSO诱导细胞死亡在浓度高于0.5%,而peptoid并未在任何浓度诱导细胞死亡,包括防止冰晶形成所需的浓度(图1)。

图1:研究人员培养细胞和DMSO溶液或peptoid发现DMSO诱导细胞死亡在浓度高于0.5%,而peptoid没有在任何浓度诱导细胞死亡,包括防止冰晶形成所需浓度。

在另一个实验中,科学家乙二醇(EG)的能力相比,另一个注册会计师在实验室使用,peptoid保护细胞冻融后生存能力。研究人员增长细胞如单独或如加上peptoid, flash在液氮冻结了他们,然后融化他们的体温。更高比例的细胞存活,如果低温贮藏比如果不解决方案包括peptoid(图2)。

图2:研究人员增长细胞如单独或如加上peptoid, flash在液氮冻结,解冻他们的体温。更高比例的细胞存活,如果他们在解决方案,包含了peptoid孵化。

此外,在一个实验的peptoid与营养物质混合,几乎所有的细胞存活被冻结和解冻和出现在显微镜下未损坏的(图3)。

图3:研究人员混合peptoid营养和培养细胞在此解决方案中。几乎每一个细胞都幸存下来被冻结和解冻,在显微镜下出现的。

以研究进一步转化研究了peptoids能否维持造血干细胞(hsc)。研究人员冻结了细胞24小时-80°C,然后把它们放在液态氮8-22额外的天。他们解冻后,peptoid是更有效的支持细胞生存和有效10% DMSO溶液混合在小鼠的血清在促进骨髓移植。⁷

这些数据是第一个证明无毒peptoid聚合物的影响低温贮藏的临床相关的标本。这些合成聚合物可以支持各种临床标本的低温贮藏。

低温贮藏的未来

低温是一个资产研究实验室、细胞银行和世界各地的医院实验室。科学家们用冷藏保存各种生物标本从胚芽和干细胞疫苗组件和整个器官。然而随着越来越多的患者接受活细胞疗法,以及疫苗变得更加依赖脆弱的生物材料,今天的注册会计师的局限性越来越明显。细胞和基因疗法临床生存发展并达到患者,他们需要运输和存储在一个方式,维护他们的安全性和有效性。在注册会计师和peptoids可能有一个解决方案。

无毒的注册会计师如peptoids保存细胞疗法和疫苗的可行性和安全性。合成peptoids可以使这些产品更耐储存,可以大规模生产,使制造商和分销商提供安全有效的医疗产品迅速需要帮助的病人。

关于作者:

晓曦魏是X-Therma的联合创始人兼首席执行官。

马克•克莱恩X-Therma公司的共同创始人兼首席技术官。

引用

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3. Bekkem,塞尔比G, Chakrabarty JH。回顾性分析移植患者的静脉DMSO溶液的毒性。杂志的血液骨髓移植。2013;19 (2):S313。doi:10.1016 / j.bbmt.2012.11.466
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