西安交大雷波教授最新文章將miRNA送過去調控干細胞分化

西安交大科研人員采用層層組裝技術在超小金納米顆粒表面構建脂質體和聚乙烯亞胺膜層，研發出新型非病毒基因載體系統，該系統細胞毒性小，能夠高效負載miRNA，防止miRNA酶降解，準確輸送miRNA進入骨髓間充質干細胞，顯著促進干細胞成骨分化，在基因輸送領域顯示出較好的應用前景。

這一研究成果公布在Nano Research雜志上。

干細胞的分化調控是近年來組織再生和組織工程領域的研究重點和研究熱點，如何實現干細胞高效定向分化為特定類型組織的細胞已經成為再生醫學領域的關鍵課題之一。

MiRNA 是一類新型的非編碼小分子RNA(19~25t), 具有顯著的基因轉錄后水平的調控功能，因此在細胞分化進程中起著重要的作用。然而miRNA在應用過程當中容易被酶降解而難以進入細胞發揮其調控作用，因如何高效地將miRNA遞送進細胞并實現釋放與靶基因結合是目前miRNA應用當中面臨的主要挑戰之一。

在一項新的研究當中，西安交通大學雷波教授課題組研發出了一種新型非病毒基因載體成功實現低毒高效的將miRNA輸送到骨髓基質干細胞中，通過上調成骨基因的表達高效實現干細胞向成骨細胞分化和礦化。

金納米顆粒因為其較好的生物相容性和穩定性，已經成為一種重要的基因遞送載體材料，然而傳統的金納米基因載體尺寸大部分超過10nm，這類材料在體內難以降解或清除，因而存在潛在的長期毒性隱患，超小納米材料（小于10nm）具有較好的腎清除能力，在藥物遞送領域具有重要的應用前景。課題組采用層層自組裝技術制備了聚乙烯亞胺（PEI）和脂質體（Lipo）功能化的超小金納米顆粒(Au@PEI@Lipo), 在體外成功把miRNA遞送進骨髓基質干細胞（BMSCs），實現了高效的調控BMSCs的成骨分化和礦化。該載體系統在體外的miRNA細胞轉染效率顯著高于商用的基因轉染試劑PEI 25KD和Lipofectamine 2000，并表現出超低的細胞毒性，在基因遞送、疾病治療和組織再生領域具有重要的應用潛力。

原文摘要：

Optimizing surface-engineered ultra-small gold nanoparticles for highly efficient miRNA delivery to enhance osteogenic differentiation of bone mesenchymal stromal cells

Regulation of osteogenic differentiation of bone mesenchymal stromal cells (BMSCs) plays a critical role in bone regeneration. As small non-coding RNAs, microRNAs (miRNAs) play an important role in stem cell differentiation through regulating target-mRNA expression. Unfortunately, highly efficient and safe delivery of miRNAs to BMSCs to regulate their osteogenic differentiation remains challenging. Conventional inorganic nanocrystals have shown increased toxicity owing to their larger size precluding renal clearance. Here, we developed novel, surface-engineered, ultra-small gold nanoparticles (USAuNPs, <10 nm) for use as highly efficient miR-5106-delivery systems to enable regulation of BMSC differentiation. We exploited the effects of AuNPs coated layer-by-layer with polyethylenimine (PEI) and liposomes (Lipo) to enhance miR-5106-delivery activity and subsequent BMSC differentiation capacity. The PEI- and Lipo-coated AuNPs (Au@PEI@Lipo) showed negligible cytotoxicity, good miRNA-5106-binding affinity, highly efficient delivery of miRNAs to BMSCs, and long-term miRNA expression (21 days). Additionally, compared with commercial Lipofectamine 3000 and 25 kD PEI, the optimized Au@PEI@Lipo-miR-5106 nanocomplexes significantly enhanced BMSC differentiation into osteoblast-like cells through activation of the Sox9 transcription factor. Our findings reveal a promising strategy for the rational design of ultra-small inorganic nanoparticles as highly efficient miRNA-delivery platforms for tissue regeneration and disease therapy.