基于核酸适体技术的跨人血脑屏障药物转运的研究

Blood brain barrier (BBB) is a physiological cell barrier of drug delivery to the brain. Nano-delivery approaches to cross the BBB are being extensively explored. Among them, aptamer is emerging as a promising tool, attributing to their features including high specificity and stability. In this study, a human in vitro BBB model will be established via directed differentiation of human pluripotent stem cells to brain endothelial cells. Such model will be used for SELEX to obtain aptamers capable of crossing the BBB. Molecular targets and their mechanisms of action will be investigated. aptamer-based liposomes will be generated and their capability to cross the BBB and deliver biomacromolecules will be examined. The results of these studies will lay a foundation for further development of novel delivery technologies targeting the central nerve system.

血脑屏障的存在为神经系统疾病的药物呈递造成了一定阻碍。为了克服这个阻碍，开发脑靶向的纳米传递载体是研究热点之一。其中，核酸适体因其对靶标的高度特异性和稳定性等特点受到人们重视。本课题利用人多能干细胞诱导分化成脑血管内皮细胞建立体外人类血脑屏障模型，通过in vitro SELEX筛选可跨血脑屏障转运的核酸适体，同时研究所筛选到的aptamer识别的分子靶标及跨BBB转运机制，探讨基于aptamer构建的跨血脑屏障转运载体用于神经系统疾病治疗的可能。这些研究成果可为开发新的神经系统疾病药物运载方法提供理论基础和技术支持。

血脑屏障（Blood-brain barrier，简称BBB）是介于外周血液循环和中枢神经系统之间的动态界面，由毛细管内皮细胞、星形细胞、周细胞和神经元等组成的复合结构。血脑屏障可通过选择性的控制大脑对内源和外源化合物的特异性摄入、流出以及在脑内的代谢来维持中枢神经系统的动态平衡，在临床应用中发挥着重要的作用。如何使药物有效穿越血脑屏障进入大脑并达到有效浓度，是治疗神经系统相关疾病的关键。为此，我们尝试在体外搭建一个可以完整呈现血脑屏障功能的细胞模型，希望能够利用这一模型测试化合物对血脑屏障的通透性，或开发可穿越屏障的药物传递载体。我们首先使用原代的人源细胞或由干细胞分化而来的血管内皮细胞搭建体外血脑屏障模型，但是结果表明所形成的屏障的紧密程度很低，不能表现出血脑屏障的功能。因此，我们调整了实验方案，测试了由Caco-II或胚胎干细胞分化来的Trophoblast与HA或HBVP细胞共培养是否可用于体外模型的建立。结果发现二者均能表达直接反映屏障通透性的紧密连接蛋白ZO-1，且跨血管内皮电阻TEER数值较高。其中，Trophoblast与HA共培养所形成的屏障结构，细胞紧致度更高，可以作为建立体外血脑屏障类似结构的理想细胞选择。因此，我们将研究目标调整为利用分化的Trophoblast细胞，通过特异性调控与屏障功能相关的基因表达，完善体外血脑屏障模型的表型。目前，我们已经建立了由胚胎干细胞分化为Trophoblast的培养体系，并对比了分化细胞和原代脑血管内皮细胞中相关蛋白marker的表达水平，确定了若干需要进行调控的基因。我们还建立了一套基于CRISPR/Cas9技术的药物可诱导的基因组编辑和转录激活系统，以实现对特定基因表达的可控调节。我们的研究结果为建立具有良好屏障功能的体外模型，并拓展其在药物开发领域的应用价值奠定了基础。