SCP-Nano：一种可视化细胞和组织中纳米载体的新技术

我们如何确保救命药物或基因疗法到达预定的靶细胞而不产生有害的副作用？亥姆霍兹慕尼黑、LMU和慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员在回答这个问题上迈出了重要的一步。他们开发了一种方法，首次能够在单细胞水平上精确检测整个小鼠体内的纳米载体——微小的运输工具。

　　

纳米载体在现代医学中的作用纳米载体将在下一波救命药物中发挥核心作用。它们能够将药物、基因或蛋白质靶向递送到患者体内的细胞中。利用SCP-Nano，研究人员可以分析极低剂量纳米载体在整个小鼠体内的分布，并观察每个吸收它们的细胞。SCP-Nano结合了光学组织清理、薄片显微镜成像和深度学习算法。首先，整个小鼠的身体是透明的。在对整个小鼠身体进行三维成像后，透明组织内的纳米载体可以被识别到单细胞水平。通过整合基于人工智能的分析，研究人员可以量化哪些细胞和组织与纳米载体相互作用，并精确地确定这种相互作用发生的位置。

慕尼黑亥姆霍兹大学智能生物技术研究所（iBIO）所长Ali Ertürk和他的团队使用SCP-Nano分析了纳米载体的例子，包括脂质纳米颗粒（LNPs）、DNA折纸结构和腺相关病毒（aav）。这些纳米载体对于从细胞根源治疗疾病的现代疗法至关重要，每种载体都具有独特的特性，使其适合不同的应用。DNA折纸结构易于编程，aav是基因治疗的高效载体。LNPs促进RNA递送，这是现代mRNA疫苗和广泛其他RNA疗法的基础。

利用SCP-Nano，研究人员证明了DNA折纸结构可以优先针对免疫细胞，而AAV变体则针对不同的大脑区域和脂肪组织。重要的是，该平台还揭示了携带mRNA治疗药物的脂质纳米颗粒可以在心脏组织中积累。因此，使用SCP-Nano，研究人员现在可以在进入临床试验之前检测潜在的有问题的脱靶组织和相关毒性，为开发更安全的mRNA疗法铺平道路。

该研究的第一作者Jie Luo博士说：“使用SCP-Nano，我们可以以极低的剂量检测全身的纳米载体，低至0.0005 mg/kg。这让我们对这些微小的运输工具如何与器官和细胞相互作用有了一个全新的视角。”Jie Luo强调，特别重要的是，SCP-Nano可以识别心脏或肝脏中不需要的堆积。

纳米载体的机制类似于包裹递送服务，Ertürk解释说：“每个纳米载体就像一个包裹，携带着重要的有效载荷，必须被送到正确的公寓，而不仅仅是隔壁的公寓。SCP-Nano可以让我们准确地追踪这些包裹的运送地点，它们是否到达了预定的目的地，或者它们是否意外地落在了不想要的地方。”

SCP-Nano使研究人员能够精确地识别纳米载体积聚的位置，并可视化它们与靶细胞的相互作用——这是安全有效的纳米载体应用的关键要求。“SCP-Nano不仅将有助于评估现有纳米载体的安全性，而且还将推动新的、高度针对性的应用的发展，该平台还可以帮助监测mRNA治疗的成功或早期发现潜在的副作用。”

通过结合尖端成像和人工智能技术，SCP-Nano为研究人员和临床医生提供了一个新的水平，了解治疗如何与身体相互作用，并可以很容易地扩展到人体组织和器官。“精准医疗和有针对性的交付经常被讨论，但可扩展和有效的工具一直有限。这种新方法为药物开发中的关键挑战提供了解决方案，”Ertürk教授总结道。

由于其潜在的最小化副作用和提高治疗精度，SCP-Nano标志着在癌症治疗、基因治疗和疫苗开发等领域朝着更安全、更有效的治疗迈出了重要的一步。这一创新不仅解决了基于纳米载体技术发展中的主要挑战，而且还推动了精准医学的未来。