威斯康星大学麦迪逊分校的电气工程研究人员创造了一种刺激性方法，以增强昂贵医疗治疗的传递。这种新方法可能使人体对特定基因疗法反应更敏感。研究人员通过对肝细胞施加短促的电脉冲，使细胞意外地对基因疗法更具接受性。将遗传材料传递到细胞中是一个挑战。使用脉冲电场的新方法在增加细胞对基因治疗材料的吸收方面显示出良好的前景。这可能降低这些疗法所需的剂量，从而使其更安全、更具成本效益。关于这种方法的研究于4月30日发表在《PLOS ONE》期刊上。
基因疗法有潜力通过操纵患者细胞内的遗传材料来治疗或减轻遗传病。囊性纤维化、镰状细胞病、血友病和糖尿病等疾病可能通过基因疗法进行治疗。然而，基因疗法的一个挑战是将遗传材料传递到细胞中，这就是使用脉冲电场的新方法发挥作用的地方。确保足够的遗传材料到达目标细胞是一个挑战。威斯康星大学麦迪逊分校的研究表明，对细胞施加适度的电场可能解决这个问题。研究显示，这种方法不会对受体细胞造成任何长期损伤，这表明它可能是一种安全有效的改善基因治疗的途径。
该项目的初始阶段是由威斯康星大学麦迪逊分校的移植外科医生汉斯·索林格近十年前发起的。索林格为患有1型糖尿病的患者创造了一种基因疗法，这是一种影响胰腺及其产生胰岛素能力的自身免疫疾病。
索林格的治疗涉及通过腺相关病毒将胰岛素产生的遗传信息传递到肝细胞中以帮助传递过程。然而，主要挑战是确保足够的遗传材料成功到达预定细胞。电脉冲在运输治疗基因跨越细胞膜中的作用至关重要。一旦进入细胞，这种DNA可以在肝细胞中安定下来并产生胰岛素，而不会面临胰腺中的免疫系统攻击的风险。
尽管索林格已经证明了治疗的有效性，但他知道治疗的成功取决于其传递。这使他寻求威斯康星大学麦迪逊分校的电气与计算机工程教授苏珊·哈格内斯和约翰·布斯凯的专业意见，他们在使用电脉冲治疗人类细胞方面有经验。
他们讨论的重点是实现局部和目标传递，探讨有效引入治疗基因到细胞中的可能性。哈格内斯表示：“我们正在研究将治疗DNA直接传递到肝脏，而无需经过整个身体并激活免疫系统。我们还在探索使用电脉冲来增强传递过程并显著降低所需剂量。”之前的研究表明，暴露于电场下的细胞可以改善分子通过细胞膜的运动。在这项研究中，博士生姚怡舟旨在调查该技术是否可以增强病毒颗粒对肝细胞的渗透。研究小组使用人肝癌细胞进行实验。姚使用肝脏模型系统测试不同浓度的含有荧光绿色蛋白的基因疗法病毒颗粒的细胞批次。然后她使用电极对某些样本施加80毫秒的电脉冲，并将所有细胞孵育12小时。
48小时后在荧光显微镜下检查，姚观察到，未接受电脉冲处理的细胞中只有一小部分发出绿色荧光。相比之下，接受过电脉冲的细胞中荧光绿色蛋白的积累量约为40倍。
病毒通过电脉冲传递，研究发现这有助于病毒进入细胞壁。尽管结果显示出强有力的支持证据，但布斯凯提到，团队仍不确定分子层面的确切过程。“我们对电脉冲的理解足够自信，可以说它在细胞膜上打开了纳米孔，”他解释道。“但是姚取得了这个令人难以置信的结果，我们意识到病毒颗粒通常比裸分子颗粒更大、更复杂，并且它们已经有自己的进入细胞的方式。因此，我们不完全确定这是否与直接或间接有关。”索林格于2023年5月去世，但他的遗产将通过这一项目的持续研究和其他小组的工作继续延续。电气工程研究人员正在推进外部资金的支持，并希望这一技术最终能导致临床试验。
姚预计将在2024年毕业，她知道这项研究将是跨学科的，但她没有意识到它将是多么广泛。
她说：“我的专业是电气工程，没有生物学背景。”她表示，自高中以来就没有使用过显微镜，因此一开始学习如何培养细胞和执行生物学方案对她来说有点挑战，但她非常喜欢这个项目及其改善世界的目标。
