基于高能量密度声镊的细胞转染技术，用于提升细胞和基因疗法的疗效和安全性

癌症严重危害人们的生命健康，嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）免疫疗法是最具前景的肿瘤疗法之一，被誉为“癌症治疗的第四次革命”。细胞转染是CAR-T细胞治疗的关键技术，通过基因转导的方法转染患者的T细胞，表达嵌合抗原受体，使得患者的T细胞被“重编码”后，能够特异性识别肿瘤细胞，从而进行选择性杀伤。因此，细胞转染直接影响了CAR-T的疗效和安全性。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院孟龙研究员等与美国杜克大学Tony Jun Huang教授合作，在Science子刊Science Advances上发表了题为“Acoustothermal transfection for cell therapy”的研究成果，并登上了该期杂志的封面。该研究创新地提出了利用高能量密度声镊诱发细胞产生可控的微米量级形变，提高细胞膜通透性，实现了对原代免疫细胞、干细胞的高效、高通量转染，为细胞免疫治疗、基因治疗提供了革新手段。

声镊技术是利用梯度声场产生的力学效应对声场中的颗粒进行捕获、移动、搬运等操作的一种技术。该研究通过声场的调制，提高了声场的能量密度，产生了纳牛量级的超声辐射力，在声镊操控细胞空间运动的基础上，实现了诱发细胞产生微米级形变，拓展了声镊技术的应用。该方法可提高细胞膜的流动性，在细胞膜表面产生可修复微孔，从而有效提高细胞膜的通透性，实现了对原代免疫T细胞、间充质干细胞（MSC）进行高效转染。而且，该方法可转染大分子量质粒，可对间充质干细胞同时转染CXCR4和BDNF两种质粒，转染效率达89%。流式细胞仪和基因测序结果表明，利用该方法转染后的细胞活性约83.9%，保证了细胞转染的安全性。

声镊转染技术原理及超声对间充质干细胞转染多质粒结果

对于转染技术而言，不仅要保证细胞的活性，转染细胞表达目的基因的功能更为重要。该研究建立了缺血性脑卒中模型小鼠，利用声镊转染技术使间充质干细胞成功地表达了趋化因子受体CXCR4，并发现转染后间充质干细胞能够有效富集于脑缺血引起的炎症区域。而且，富集后的间充质干细胞能够释放脑源性神经营养因子，显著减小脑梗死体积。在体实验证实了声镊转染技术不仅可表达目的基因的功能，而且不会影响细胞原有的生物功能，这将为CAR-T细胞治疗提供全新转染工具，对于优化CAR的设计和提高CAR-T的疗效具有重要意义。

超声转染MSC后可有效富集脑缺血位置，缩小缺血性脑卒中模型小鼠脑梗死体积

中国科学院深圳先进技术研究院的郑海荣院士、孟龙研究员、杜克大学的Tony Jun Huang教授为本文的通讯作者，刘秀芳博士、荣宁博士为文章的第一作者，中国科学院深圳先进技术研究院为论文第一单位。该研究获得了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的支持。

论文链接： https://doi.org/10.1126/sciadv.adk1855


审核编辑：刘清