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在细胞治疗领域，如何高效递送治疗性蛋白是关键问题。研究人员开展了利用巨核细胞（MKs）生成工程化血小板递送非天然蛋白的研究。结果显示可从多能干细胞生成血小板并负载蛋白，这为细胞治疗提供了新途径。
在生命的长河中，细胞治疗宛如一颗璀璨的新星，逐渐照亮了医学领域的前行道路。利用细胞作为治疗手段来预防和治疗疾病，已不再是遥不可及的梦想，随着细菌、干细胞和免疫细胞工程的发展，这一理念正逐步成为现实。细胞凭借其能够感知、整合和响应身体动态变化的天然能力，成为了极具吸引力的疾病治疗载体，有望将各种治疗药物精准地输送到病变细胞。然而，在细胞治疗的征程中，仍有诸多难题等待攻克。例如，如何选择合适的细胞类型来高效递送治疗性蛋白，以实现最佳治疗效果，便是科学家们亟待解决的重要问题。
在众多细胞类型中，血小板因其独特的性质脱颖而出，成为了细胞治疗领域的 “潜力股”。血小板是一种无核细胞，在体内广泛循环，能够在受伤部位聚集，并在激活时自然释放生物分子。更为重要的是，由于其无核的特性，使用血小板进行治疗时无需担忧外源 DNA 意外整合到宿主基因组的风险，这使得血小板成为了 mRNA 和蛋白质递送的理想选择。但美中不足的是，血小板数量稀少，其来源巨核细胞（MKs）仅占骨髓有核细胞的不到 0.1%，且难以进行基因修饰和扩增，这极大地限制了血小板在细胞治疗中的应用。
为了突破这些困境，来自美国犹他大学（University of Utah）和佐治亚理工学院与埃默里大学 Wallace H. Coulter 生物医学工程系（Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University）的研究人员 Farhana Islam、Shwan B. Javdan 等人开展了一项具有开创性的研究。他们致力于探索如何利用多能干细胞生成血小板，并使其能够负载和递送非天然蛋白，从而为细胞治疗开辟新的途径。
这项研究成果发表在《Communications Biology》杂志上，为细胞治疗领域带来了新的曙光。研究人员采用了多种先进的技术方法来开展此项研究。在细胞培养与分化方面，利用小鼠胚胎干细胞（mESCs）和人巨核母细胞白血病细胞系（MEG-01s）进行体外培养和分化，诱导其向血小板方向发展；通过转染技术，将含有目标蛋白基因的质粒导入细胞，实现蛋白的表达和负载；借助流式细胞术和显微镜观察，对细胞的分化、蛋白表达及定位等情况进行检测和分析 。
下面让我们深入了解一下这项研究的主要成果：
- 小鼠血小板的体外生产与放大：研究人员选择 mESCs 作为起始细胞源，经 OP9 细胞共培养和添加促血小板生成素（TPO），诱导其分化为造血干细胞（HSCs）进而生成 MKs 和血小板。实验发现，延长 MKs 的成熟时间至 16 天，并将其转移至旋转瓶生物反应器中培养 3 天，可获得最多数量的血小板。此外，该方法同样适用于人源细胞系 MEG-01s，这表明利用祖干细胞作为细胞源体外生产血小板具有良好的前景和可扩展性。
- 非天然蛋白加载到血小板中：在 mESCs 分化第 10 天，将表达绿色荧光蛋白（GFP）的质粒转染至 MK 祖细胞，48 小时后观察到 GFP 在细胞质中表达，证实了非天然蛋白可成功加载到血小板中。同时，在人细胞系 MEG-01s 中也得到了类似的结果。进一步研究发现，通过将 GFP 与源自人细胞因子 RANTES 的短肽分选信号融合，可将 GFP 靶向运输至 α- 颗粒中，实现蛋白的靶向存储 。
- 通过靶向 α- 颗粒实现工程化血小板的可控释放：为了评估工程化血小板的治疗性蛋白递送能力，研究人员以分泌型碱性磷酸酶（SEAP）为模型蛋白进行研究。结果显示，未靶向 α- 颗粒的 SEAP 可迅速释放到培养基中，而靶向 α- 颗粒的 SEAP 在血小板激活前能够稳定存储在血小板内，仅在激活时释放，这表明工程化血小板能够实现治疗性蛋白的可控释放 。
- 工程化血小板可将功能蛋白递送至受体细胞：研究人员将 Cre 重组酶（一种可催化 loxP 位点间 DNA 特异性重组的酶）负载到血小板中，以评估其对受体细胞的基因修饰能力。通过构建含有 loxP-GFP-RFP 的 HEK293 报告细胞系，实验发现负载 Cre 重组酶的血小板与报告细胞共培养并添加 4 - 羟基他莫昔芬（4-OHT）后，报告细胞能够从表达 GFP 转变为表达 RFP，这表明工程化血小板可将功能蛋白递送至受体细胞并实现基因编辑 。
综合来看，该研究通过对 MKs 进行基因改造，成功实现了血小板对非天然蛋白的负载和递送。这一成果不仅为细胞治疗提供了一种创新的策略，还为多种疾病的治疗带来了新的希望。例如，可用于递送患者体内缺失的代谢酶，为相关代谢疾病的治疗提供可能；将治疗性载荷输送到肿瘤部位，抑制肿瘤生长；对免疫细胞进行修饰，增强或抑制其免疫反应，治疗免疫相关疾病；以及预防心血管疾病，通过减少斑块形成来预防动脉粥样硬化等。
然而，研究也面临一些挑战。在利用多能干细胞进行基因修饰时，可能会出现某些蛋白表达影响细胞命运进程，阻碍修饰后的 MKs 和工程化血小板的大量生成。此外，转基因沉默现象也有待进一步解决。针对这些问题，研究人员提出了使用合成基因电路或 MK 特异性启动子来调控基因表达等解决方案，为后续研究指明了方向。
这项研究为细胞治疗领域开辟了新的方向，工程化血小板有望成为一种强大的治疗工具，为人类健康事业带来更多福祉，推动医学领域迈向新的高度。
