如今，基于抗体(对抗感染和疾病的蛋白质)的药物被用于治疗从癌症到COVID-19再到高胆固醇等各种疾病。抗体药物由基因工程细胞提供，这些细胞在生物实验室中充当微型蛋白质生产工厂。

共焦显微图像显示纳米瓶(粉色)中捕获的间充质干细胞(绿色)。纳米瓶技术是由加州大学洛杉矶分校的DinoDiCarlo及其同事开发的。图片来源：ShreyaUdani/加州大学洛杉矶分校

与此同时，研究人员一直在利用新策略来针对癌症、内脏器官损伤和许多其他疾病，将类似的工程细胞直接植入患者体内。

这些生物技术应用依赖于这样的原理：改变细胞的DNA来产生更多的遗传指令来制造给定的蛋白质，从而导致细胞释放更多的该蛋白质。

加州大学洛杉矶分校的一项新研究表明，至少在一种类型的干细胞中，这一原理不一定成立。

研究人员检查了间充质干细胞，它们存在于骨髓中，可以自我更新或发育成骨骼、脂肪或肌肉细胞。间充质细胞分泌一种名为VEGF-A的蛋白质生长因子，它在血管再生中发挥作用，科学家认为它可能具有修复心脏病、肾损伤、四肢动脉疾病和其他疾病造成的损伤的潜力。

当研究人员将每个间充质细胞释放的VEGF-A量与同一细胞中编码VEGF-A的基因表达进行比较时，结果令人惊讶：基因表达与生长因子的实际分泌仅微弱相关。

科学家们发现了其他与生长因子分泌更好相关的基因，其中包括编码某些干细胞表面发现的蛋白质的基因。研究小组分离出表面带有该蛋白质的干细胞，培养出大量分泌VEGF-A的细胞群，并在几天后继续这样做。

今天发表在《自然纳米技术》杂志上的研究结果表明，生物学和生物技术中的一个基本假设可能需要重新考虑，共同通讯作者、加州大学洛杉矶分校萨穆埃利工程学院工程和医学教授迪诺·迪·卡洛(DinoDiCarlo)表示。

“中心法则是，DNA中有指令，它们被转录成RNA，然后RNA被翻译成蛋白质，”DiCarlo说，他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员以及Eli和EdytheBroad再生医学和干细胞研究中心。“基于此，许多科学家认为，如果你有更多的RNA，你就会有更多的蛋白质，然后细胞会释放更多的蛋白质。我们质疑这个假设。

“看来我们不能假设如果一个基因的表达水平较高，相应的蛋白质就会有较高的分泌。我们发现了一个明显的例子，但这种情况并没有发生，这引发了很多新问题。”

研究结果可能有助于提高基于抗体的治疗方法的生产效率，并定义更有效的新细胞治疗方法。了解正确的基因开关可以使工程或选择具有极高生产力的细胞来制造或提供治疗成为可能。

加州大学洛杉矶分校的研究是使用标准实验室设备进行的，该设备配备了迪卡洛及其同事发明的技术：纳米瓶、微型碗形水凝胶容器，每个容器都捕获单个细胞及其分泌物。利用一种新的纳米瓶分析方法，科学家们能够将10,000个间充质干细胞中每个细胞释放的VEGF-A量与绘制同一细胞表达的数万个基因的图谱联系起来。

加州大学洛杉矶分校生物化学教授、布罗德干细胞研究中心成员凯瑟琳·普拉斯(KathrinPlath)表示：“在单细胞水平上将蛋白质分泌与基因表达联系起来的能力为生命科学研究和治疗开发领域带来了巨大的希望。”中心和该研究的共同通讯作者。

“没有它，我们就不可能在这项研究中得到意想不到的结果。现在我们有一个令人兴奋的机会来了解支持生命基本过程的机制的新知识，并利用我们所学到的知识来促进人类健康。”

虽然VEGF-A基因指令的激活与蛋白质的释放几乎没有相关性，但研究人员发现了一组153个基因，与VEGF-A的分泌密切相关。其中许多因其在血管发育和伤口愈合方面的功能而闻名。对于其他人来说，它们的功能目前尚不清楚。

其中最重要的匹配项编码一种细胞表面蛋白IL13RA2，但人们对其用途知之甚少。它的外部位置使科学家更容易将其用作标记并将这些细胞与其他细胞分开。具有IL13RA2的细胞的VEGF-A分泌量比缺乏该标记的细胞多30%。

在类似的实验中，研究人员将分离的细胞培养六天。在那段时间结束时，与没有标记的细胞相比，带有标记的细胞分泌的VEGF-A多出60%。

尽管基于间充质干细胞的疗法在实验室研究中显示出了希望，但对人类参与者的临床试验表明，许多新的选择是安全的，但并不有效。使用IL13RA2分选高VEGF-A分泌物的能力可能有助于扭转这一趋势。

迪卡洛说：“识别出产量更多的亚种群以及与该种群相关的标记，意味着您可以很容易地将它们分开。”“能够产生高水平治疗性蛋白质的非常纯净的细胞群应该会产生更好的治疗效果。”

纳米瓶可从PartillionBioscience购买，该公司由DiCarlo共同创立，在CNSI校园孵化器Magnify中启动。

该研究的第一作者是ShreyaUdani，她于2023年从加州大学洛杉矶分校获得博士学位。其他合著者均隶属于加州大学洛杉矶分校，包括科学家贾斯汀·兰格曼(JustinLangerman);DoyeonKoo，2023年获得博士学位;研究生SevanaBaghdasarian和CitradewiSoemardy;本科生布莱恩·郑;SimranKang，2023年获得学士学位;JosephdeRutte于2020年获得博士学位，是Partillion的联合创始人兼首席执行官。