多尺度红细胞介导的基因递送系统MARVEL实现肺部深部组织靶向治疗

《Nature Communications》：Multiscale red blood cell hitchhiking for targeted deep tissue gene delivery in lungs

本刊推荐：基因疗法因静脉给药后难以靶向肝脏外组织而受限。研究人员开发了多尺度红细胞介导的搭车及血管内皮渗漏（MARVEL）技术，通过整合红细胞搭车与VEGF诱导的血管通透化，显著增强腺相关病毒（AAV）在肺部的富集和深层组织转导。该策略突破了传统分子靶向的局限，为基因治疗提供了新范式。

　　

腺相关病毒（AAV）作为基因治疗的主要载体，在临床试验中展现出良好的安全性和转导效率，已有多种AAV疗法获FDA批准用于治疗杜氏肌营养不良症和莱伯氏先天性黑蒙症等疾病。然而，静脉注射AAV后，其应用仍受限于难以特异性靶向肝脏以外的组织和细胞。AAV需要克服从注射到深部组织转导的多重屏障：避免肝脏清除、穿越血管内皮、并在组织内转导靶细胞。传统的靶向策略，如衣壳工程或载体表面修饰，因无法系统解决这些层级障碍，效果有限。

针对这一挑战，哈佛大学研究团队在《Nature Communications》发表了题为“Multiscale red blood cell hitchhiking for targeted deep tissue gene delivery in lungs”的研究，开发了多尺度红细胞介导的搭车及血管内皮渗漏（MARVEL）平台。该平台通过整合红细胞搭车（RBC hitchhiking）与血管内皮生长因子（VEGF）诱导的血管通透化，显著提升了AAV在肺部的富集和深层组织转导效率。

关键技术方法

研究采用单宁酸（TA）和氯化铁（FeCl₃）形成金属-酚网络（MPN），将AAV和VEGF共载于小鼠红细胞表面。通过微流控技术验证剪切力诱导的AAV释放，并在体内评估了肺部靶向性和转基因表达。利用流式细胞术和组织学分析证实了MARVEL的安全性及转导效率。

研究结果

RBC formulation preparation

通过TA/FeCl₃介导的复合物成功将AAV和VEGF负载于红细胞表面，扫描电镜显示复合物均匀分布在红细胞膜上。

Functional characterization of RBC/AAV complex

AAV负载量可通过初始浓度调控，且在剪切力作用下快速释放（2分钟内达95%）。微流控实验表明，红细胞搭车使AAV在内皮细胞的沉积量提高3倍，并显著增强流动条件下的转导效率。

VEGF induces junctional breach for deep-tissue transduction

VEGF负载后保持生物活性，可破坏血管内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）连接。体内实验显示，MARVEL组肺上皮细胞转导率显著高于单纯红细胞搭车组，证实VEGF促进AAV深层渗透。

In situ drug loading on RBC in whole blood allows lung-targeted delivery

在全血中，TA/FeCl₃可介导AAV与红细胞原位结合。静脉注射后，MARVEL-AAV在肺部的积累量提升6.2倍，且上皮细胞转导率较游离AAV提高2.6倍，而肝脏脱靶效应未增加。

结论与意义

MARVEL通过多尺度策略（微米级红细胞靶向与亚微米级VEGF渗漏）突破了传统靶向递送的瓶颈。该平台不仅显著提升AAV在肺部的深部组织转导，还支持原位载药简化临床应用。研究为基因治疗提供了可扩展的递送新范式，并有望拓展至其他组织及非病毒载体（如脂质纳米粒）的应用。