师从药物投递权威哈佛助理教授研制纳米“机器人”精准医治疾病
发布日期:2022-03-15 | 作者:m6米乐网页版登录

  继续、深化、详尽、体系、有用和延伸,是我从事科学研讨和技能开发作业的六个重要原则。

  在不同的肄业和科研阶段,陶伟的研讨项目一直聚集在根据新式生物资料的 “药物投递和纳米载体” 的规划和开发上。陶伟及其团队经过规划各类更为智能、精准和具有产业化远景的多功用药物载体,完结了在病灶部位 “按需” 开释药物分子,可控地上调或许下调方针蛋白的表达,旨在往后可以改进肿瘤、心血管疾病、糖尿病、病毒、细菌感染等严重疾病患者的健康状况。

  作为一名具有资料科学、纳米技能和生物学等多学科布景的生物医学工程研讨人员,陶伟带领研讨团队主导开发了多种具有一起药物投递功用的智能载体体系。

  其间,陶伟和他的团队成员们创造性地开发了包含二维纳米资料和高分子生物资料在内的新式资料库,探究了它们的纳米生物交互效果机制,并将这些资料和规划原理进行了广泛的生物医学运用,包含 RNA 医治、肿瘤确诊和医治、创伤愈合、心血管疾病、糖尿病医治和病毒、细菌感染等。一起研制了一系列程序化的影响 - 呼应纳米资料渠道,可以自动靶向病灶部位、而且经过内涵影响或许外部影响精准地 “按需” 可控给药,在削减毒副效果的一起完结精准医疗和高效医治。

  图|《麻省理工科技谈论》“35 岁以下科技立异 35 人” 2020 年我国区榜单当选者陶伟

  凭仗上述优异的研讨效果,陶伟成功当选《麻省理工科技谈论》“35 岁以下科技立异 35 人”(Innovators Under 35)2020 年我国区榜单。

  陶伟在本科学习期间的专业是生物医学工程,在维基百科上的界说是:一门年青的交叉学科,首要运用工程学和运用科学的常识和技能处理生物学和医学范畴的科学问题,充沛研讨生命体系及其行为,以及开发相关的生物医学体系和设备,终究协助患者得到更好的医治以及前进健康个别的日子质量。该专业对疾病医治、社会经济开展都有着深远含义,因而成为各国科学家的研讨热门,是一门具有着巨大开展潜力的向阳学科。

  当陶伟第一次了解到生物医学工程这个概念后,他觉得很帅:“既可以以生物学科为起点学到不同交叉学科的常识,又能造福人类健康,改进患者们日子质量、推进社会经济的前进。我觉得这个专业很巨大,也很有潜力。” 所以,陶伟水到渠成地挑选了生物医学工程专业。在完结本科阶段的学业后,陶伟以为自己假如还想在这个范畴内有更进一步效果,就还有必要回归到生物体本身上进行研讨。因而,本科毕业后,陶伟挑选以保送直博生的身份进入清华大学的生物学专业。

  陶伟在博士生阶段期间受到了清华大学博士生短期访学基金的赞助,赴哈佛大学进行了为期 6 个月的博士生访学。在这段阅历中,陶伟触摸到了哈佛大学医学院的 Omid C. Farokhzad 教授和麻省理工学院的 Robert Langer 教授,了解到了他们在药物传递体系、生物资料、纳米技能、安排工程和再生医学等范畴进行的各类前沿研讨作业。

  “令我最形象深化的是,他们所研制的各类药物投递技能可以真实地进入临床而且商业化,处理咱们这个年代所面对的各类严重全球健康应战问题。” 结合本身生长学习阅历,陶伟确认了自己研讨范畴:规划组成纳米标准的生物相容性资料,用于高效投递各类不同的药物来完结疾病的医治。这些纳米标准药物载体可以像预先设置好程序的 “机器人” 相同,维护医治性药物不被降解失效、并将它们安全地投递到疾病部位,并特异性地在特定条件、特定方位下许多开释,以完结严重疾病的高精准度和 “按需” 可控医治。

  陶伟介绍到,经过药物进行疾病医治的最实质方针是既要把病最有效地治好,一起不对人体发生毒副效果。因而,陶伟的研讨效果的中心可以经过一句话归纳:“把不同类型的医治型药物(例如,核酸、小分子药物、多肽、蛋白质等)高效输送至它们该发生效果的方位,并在适宜的时刻、地址进行预期的开释,最高效地医治疾病的一起最大程度地削减或许消除药物本身的毒副效果,前进患者的日子质量”。

  详细来看,陶伟现在其间一部分的中心作业聚集在 siRNA 和 mRNA 的药物规划及其投递技能的研制打破上。

  RNA 搅扰(RNAi)是一种天然的、缄默沉静基因表达的细胞进程,siRNA 是介导 RNAi 进程的分子,于 1998 年被初次描绘,其发现者安德鲁菲尔和克雷格梅洛教授于 2006 年取得诺贝尔生理学或医学奖,他们的发现被誉为 “十年一见的严重科学打破”。

  2018 年,美国 FDA 同意了由 Alnylam 公司研制的首个 RNAi 新药 Onpattro(通用名 Patisiran),用于医治由稀有的遗传性甲状腺素转运蛋白介导的淀粉样变性病(hATTR)引起的神经损害。

  针对 hATTR 等由淀粉样蛋白过多所引起的疾病,其医治方案之一是约束致病蛋白质在体内的组成。Onpattro 经过一小段 siRNA,可以特异性地 “搅扰”(缄默沉静)其对应的 mRNA。Onpattro 结合其靶标后,细胞内的 “分子剪刀” 会准确切开对应的 mRNA,然后阻挠对应蛋白质的发生。

  陶伟说:“虽然这种 siRNA 战略看起来高雅而准确,但有必要处理如何将药物精准地投递到体内恰当方位的问题以及下降出产成本”。为了将药物输送到患者的病灶处,有必要维护药物免受血液中酶的损坏。为此,这项被 FDA 同意的 siRNA 投递技能经过运用脂质纳米粒子来封装维护 siRNA。

  在此基础上,比照脂质纳米颗粒技能,陶伟及其协作者研制的脂质 - 聚合物混合纳米粒 siRNA 投递技能,在原理上所规划的载体渠道或许更为安稳,可以有效地维护所负载的 siRNA,延伸其在血液循环中的时刻以及添加药物效果的继续时刻(削减医治次数)。一起,脂质 - 聚合物混合纳米粒技能可以愈加灵敏地进行外表润饰,挑选性地完结更多功用的高效整合(例如,一体化医治规划、自动靶向投递等)。该项研讨结果被刊登在 Science Translational Medicine 封面上。

  本年新冠疫情的全球性迸发,使得 mRNA 疫苗更快地走进了人们的视野。mRNA 疫苗是将 mRNA 在体外进行润饰后,传递至机体细胞内表达并发生相关的蛋白抗原,然后导机体发生针对该抗原的免疫应对,从而扩展机体的免疫能力。

  mRNA 技能始于 90 年代,其时证明在小鼠中注入 mRNA 后可以发生该基因编码的蛋白质,但之后受 mRNA 在体内快速降解等关键问题的枷锁,导致其开展缓慢。直到进入 21 世运用脂质纳米粒子载体投递技能处理了 mRNA 成药的安稳性和人体免疫体系对 mRNA 药物排挤等问题后,根据 mRNA 的运用技能才得以快速开展。

  在针对 mRNA 的研讨中,陶伟及其协作者所研制的 mRNA 投递技能选用改进的脂质 - 聚合物混合纳米粒技能,现已在临床前模型初次完结了经过 mRNA 的方法进行肿瘤抑癌因子的修正,完结了肿瘤医治的新战略(Nature Biomedical Engineering 2018, 2 (11): 850-864)。此外,经过替换负载 mRNA 的载体组分及方法,便可调整医治意图并 “按需” 在病灶表达抱负蛋白。例如,规划生物相容性好的 “影响 - 呼应” 聚合物可来完结病灶部位特异性 “精准” 突释 mRNA 的功用(Science Translational Medicine 2019, 11 (523): eaaw1565),其在未来或许对医治恶性肿瘤和其他严重疾病发挥巨大效果。

  在陶伟的博士后研讨阶段,Omid C. Farokhzad 教授成为了他的首要导师,Robert Langer 教授也曾作为 Prostate Cancer Foundation 赞助项意图协作导师辅导了他的研讨作业,这对陶伟来说含义匪浅。值得一提的是,陶伟和 Omid C. Farokhzad 教授、Robert Langer 教授等近期也一起撰写了应对新冠疫情的资料学和纳米技能方向的总述和展望、其间要点评论了根据纳米粒子技能的 mRNA 疫苗等,被刊登在 Nature Reviews Materials 封面上。

  陶伟表明 “两位教授其实是许多人的人生导师,也常常鼓舞年青的研讨人员‘为改动国际的作业而斗争’,去做有价值、可以实践运用的作业,处理咱们这个年代所面对的各类严重全球健康应战”。

  研制具有商业化和产业化远景的药物投递技能,使其可以真实地运用于临床医治、改进患者的健康状况,是陶伟做研讨的起点和方针。但何时完结仍需求年代布景和机会两层加成,“不过我信任不久之后投递 mRNA 的脂质纳米粒子就会被 FDA 经过、运用于临床”。(补白:在完结本次采访后不久,FDA 就经过了 Pfizer–BioNTech 和 Moderna 出产的两种应对新冠疫情的 mRNA 疫苗的紧迫运用,而这两种疫苗的都是根据脂质纳米粒子技能的投递才得以完结。“从必定程度上来说,纳米粒子 / 药物投递技能正在悄悄地改动着国际、给与了人类加快应对新冠疫情的新期望。我自己也现已接种了 mRNA 疫苗,作为一个有十年以上纳米粒子研讨开发经历的科研作业者,当纳米粒子真实在自己体内发生效果时,这种感觉是十分棒的。我也更深化地舆解了自己范畴所做的研讨作业对国际的重要含义和对人类健康的深远影响!” 陶伟弥补说道。)

  陶伟以为,好的研讨有必要要全神贯注,坐得住冷板凳、静得下心来,经过不断的堆集和继续深化研究才干有所收成。因而,陶伟表明,根据新式生物资料的药物投递和纳米载体范畴是他和他的团队至少在未来十年内一直不会不坚定的方向。

  陶伟表明:“我的方针一直是商业化、产业化自己所研制的药物投递技能,使其可以真实地运用于临床医治,改进肿瘤、心血管疾病、糖尿病等患者的健康状况。我的教师们现已创始了许多很棒的高科技公司,深受他们影响,我现在也正在为自己的创业方案做准备。”