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帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病有了治疗新方案

“今年的国际遗传工程机器大赛项目完成了两大突破:一是提出了能有效缓解早期神经退行性疾病的解决方案;二是验证了修饰后的外泌体药物较高的靶向性。”西交利物浦大学大四学生赵江岳介绍。

上月,2019年国际遗传工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine Competition,简称“iGEM”)在美国波士顿落下帷幕,西交利物浦大学本科生团队凭借在早期神经退行性疾病治疗领域提出的创新方案,斩获大赛金奖。

“从2018年初起,西浦iGEM团队就确立了治疗和缓解包括帕金森病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症在内的神经退行性疾病的目标。”与赵江岳共同担任西浦iGEM团队队长的生物科学系学生李妙言说。

李妙言已连续两年参加iGEM竞赛。“去年,团队提出以‘外泌体运输平台’为核心的治疗方案,并通过改造人类胚胎肾细胞系,实现了外泌体的大量增产。外泌体是从人体细胞中分泌出的小囊泡。通过静脉注射,修饰后的外泌体能承载着药物穿越血液和人脑之间的‘过滤网’——血脑屏障,将药物输送进大脑。” 她解释道。

“今年,我们在去年提出治疗理论的基础上,初步验证出这套治疗方案的可行性。外泌体中具体装什么药物?能不能起到靶向的作用?这是今年解决的两大问题。”赵江岳补充道。

西浦团队在文献调查中发现,星状胶质细胞分泌的蛋白——兴奋性氨基酸转运体(简称EAAT2),能促进神经元对神经递质——谷氨酸的吸收,从而避免细胞环境中谷氨酸浓度过高所造成的神经损伤,因此对早期神经退行性疾病有显著的缓解作用。

“早期的帕金森病、阿尔茨海默病患者,会呈现EAAT2蛋白含量下降的趋势。如果EAAT2蛋白不能表达,兴奋性神经递质就会在大脑中大量积累,从而对神经系统产生毒性,引起各种恶性后果,比如帕金森病人无法控制身体的移动。”赵江岳说。

他举了个例子:“以前农村中使用一种农药,老鼠吃了这种药后一直在颤抖,神经持续兴奋、高度紧张。如果这种兴奋得不到消除,脑细胞长时间处于激发状态,就会一点点凋亡、坏死,导致大脑功能失调。”

李妙言介绍,目前神经退行性疾病的病因尚未明确,但针对早期患者补充、恢复其脑内EAAT2蛋白的表达水平,能起到有效的保护和缓解作用。

在实验中,团队将药物打入外泌体,药物可在目标细胞中生产EAAT2蛋白。药物本身无法通过血脑屏障,外泌体的包裹为它发放了通往大脑的“通行证”。

“我们在外泌体上设计有靶向功能的膜蛋白,它被称为‘半通道’;当外泌体穿过血脑屏障,遇到大脑中星状胶质细胞大量表达的另一个‘半通道’,这时一个完整的通道就被打开了,药物被运送进特定的神经细胞,实现了药物的靶向性。”李妙言说,“这就像是锁和钥匙的关系:我带着钥匙去找你,遇到对应的锁才会打开。”

获得金奖的西浦参赛团队由来自生物科学系、数学科学系、化学系的11位同学组成。与传统的竞赛方式有所不同,iGEM是开放式比赛,要求学生自主选题,利用课余时间独立完成项目,并将研究成果提交给竞赛组委会。从最初的文献调研到项目选题,从实验设计到数据建模,直到站在波士顿的竞赛现场参加答辩和海报演示,均由学生独立完成。

赵江岳介绍道,以哺乳动物的细胞系为实验对象对本科生来说难度大、周期长,“与其说是为了参加比赛,不如说像是同学们花一年时间,聚在一起用心做一个科研项目。”

“奖项是激励、是附属品,团队共同努力去争取项目的一步步落地才是我们最大的收获。”

在将近一年的竞赛过程中,生物科学系、科研办公室的老师们为参赛团队提供了在竞赛规则允许范围内的多方面支持。“特别感谢老师在我们遇到困难时给予我们精神上的力量和指引。”赵江岳说。

iGEM由美国麻省理工学院于2003年创办,是合成生物学领域的国际顶级大学生科学赛事。2019年全球共有包括哈佛、麻省理工、牛津、清华、北大代表队等在内的353支队伍参赛。继2017年首获金牌之后,今年是西浦本科生团队第二度夺金。

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