我们如何保证重要药物或基因疗法成功到达其靶细胞，同时避免有害的副作用？与赫尔姆霍茨慕尼黑、路德维希-马克西米利安大学（LMU）和慕尼黑工业大学（TUM）相关的研究人员在这一领域取得了显著进展。他们创造了一种突破性的技术，使得能够通过整个小鼠身体准确检测纳米载体——用于运输物质的微小载体，直至单个细胞。这一创新被称为“纳米载体单细胞分析”或“SCP-Nano”，结合了先进的成像技术与人工智能，为使用纳米技术的疗法操作提供了无与伦比的洞察。研究结果发表在《自然生物技术》上，开启了安全且更有效治疗选择的大门，包括mRNA疫苗和基因疗法。
纳米载体在现代医学中的作用
纳米载体将成为即将到来的救命治疗的核心。它们允许药物、基因或蛋白质精准送达患者细胞。通过SCP-Nano，科学家能够研究极小数量的纳米载体在小鼠体内的传播，能够可视化每个吸收纳米载体的细胞。SCP-Nano采用光学组织清除、光片显微镜和深度学习算法。最初，整个小鼠的身体会被清除，经过三维成像后，可以在现在透明的组织中定位特定的纳米载体达到单细胞水平。通过整合人工智能驱动的分析，研究人员可以评估哪些细胞和组织与纳米载体相互作用，并识别它们的确切位置。
SCP-Nano的实际应用
赫尔姆霍茨慕尼黑智能生物技术研究所(iBIO)的负责人Ali Ertürk及其团队利用SCP-Nano研究各种纳米载体，例如脂质纳米颗粒（LNPs）、DNA折纸结构和腺病毒相关病毒（AAVs）。这些纳米载体对于现代疗法旨在从细胞源头解决疾病至关重要，每种类型提供独特的特性以满足不同的医疗需求。例如，DNA折纸结构可以轻松编程，而AAVs则是基因疗法的高效载体。LNPs对于递送RNA至关重要，这对当前mRNA疫苗和各种RNA疗法的有效性至关重要。研究人员使用SCP-Nano显示，DNA折纸可以特别指向免疫细胞，而不同的AAV变体则针对特定的大脑区域和脂肪组织。值得注意的是，该平台还显示，携带mRNA治疗的脂质纳米颗粒可能会在心脏组织中积聚。这意味着SCP-Nano使研究人员能够在这些治疗进入临床试验之前识别潜在有害的非靶组织和相关的毒性风险，这对于创建更安全的mRNA疗法至关重要。
以前所未有的精确度可视化纳米载体
“通过SCP-Nano，我们能在身体中识别纳米载体，剂量低至0.0005 mg/kg，”研究的主要作者Dr. Jie Luo表示。“这为我们提供了全新的视角，来看这些微小运输载体如何与器官和细胞相互作用。”Luo强调了SCP-Nano在检测心脏或肝脏等区域不必要的积累中的重要性。
Ertürk将纳米载体的功能形容为类似快递服务：“每个纳米载体像个包裹，携带着需要被送到正确位置的重要内容，而不是随便附近的地方。SCP-Nano帮助我们准确追踪这些包裹落在哪里，是否到达了预期目标，或者是否误落他处。”
推动个体化医学的创新
SCP-Nano使研究人员能够准确确定纳米载体的集中位置并可视化它们与靶细胞的相互作用，这是安全有效使用纳米载体技术的重要方面。“SCP-Nano不仅有助于评估当前纳米载体的安全性，还将促进新的高精度应用的发展，”Luo断言。“该技术还可以帮助追踪mRNA疗法的有效性或早期发现可能的副作用。”
药物开发和个体化疗法的新纪元
通过将先进的成像技术与人工智能功能结合，SCP-Nano为研究人员和医疗专业人士提供了对治疗在体内相互作用的新理解，也可以应用于人类组织和器官。“虽然有关精准医学和靶向递送的讨论很多，但可行且有效的解决方案一直稀缺。这一创新方法解决了药物开发中的一个重大挑战，”Ertürk教授总结道。
考虑到其减少副作用和提高治疗特异性的能力，SCP-Nano代表了在癌症治疗、基因治疗及疫苗开发等领域朝向更安全、更有效治疗的重要进展。这一创新不仅解决了纳米载体技术发展中的重大障碍，也引领了精准医学的未来。
