科学家使用一种名为CRISPR / Cas9的基因编辑方法来生成小鼠，这些小鼠忠实地模仿新生儿致命的呼吸系统疾病，使他们的嘴唇和皮肤变蓝。新的实验室模型使研究人员能够查明疾病的原因，并开发出一种潜在且迫切需要的基于纳米颗粒的治疗方法。
辛辛那提儿童医院医学中心的研究人员在美国呼吸与重症监护医学杂志上发表研究报告称，大多数无法治愈的肺泡毛细血管发育不良伴有肺静脉错位(ACDMPV)，通常在出生后一个月内袭击婴儿。在器官发育过程中肺部血管不能正常形成后，这种疾病使肺部系统缺氧。缺乏称为肺泡毛细血管的微小血管会导致缺氧，炎症和死亡。
“除了肺移植之外，没有其他有效的治疗方法，因此迫切需要新的治疗方法，”辛辛那提儿童围产期肺内再生医学研究中心和首席研究调查员Vlad Kalinichenko医学博士说。“我们确定了一种纳米粒子治疗策略，以增加肺泡毛细血管的数量，并帮助保护这种先天性肺病的婴儿至少一部分的呼吸功能。”
这种疾病长期以来与FOXF1基因的突变有关，FOXF1基因是胚胎肺发育的重要调节因子。研究人员表示，在这项研究之前，剩下的谜团是为ACDMPV提供精确的微生物过程。
揭开STAT3连接
Kalinichenko实验室与位于休斯顿贝勒医学院的Pawel Stankiewicz医学团队合作，分析了人类ACDMPV病例的遗传信息，以生成第一个临床相关的ACDMPV动物模型。他们使用CRISPR / Cas9在小鼠中重建人FOXF1突变。CRISPR-Cas9允许通过使用酶切割DNA序列的特定切片并将松散末端重新附着在所需点以改变细胞的基因组成来进行精确的基因编辑。
作者写道，ACDMPV具有临床上准确的疾病小鼠模型，使科学家能够克服长期障碍，了解疾病的发展方式。
该工作还依赖于生物学测试的临床和实验室数据的广泛生物信息学分析。这包括称为ChIP-Seq(分析蛋白质-DNA相互作用)的技术，以及整个外显子组测序(揭示基因的所有蛋白质编码区域的排列)。
通过研究肺细胞中与FOXF1基因相关的蛋白质-DNA相互作用，研究作者在FOXF1核蛋白的S52F DNA结合位点发现了一个涉及FOXF1的特异性点突变。该突变阻断了参与肺血管形成的多个下游靶基因的分子信号传导。
他们还发现S52F FOXF1突变蛋白不与称为STAT3的蛋白质相互作用。这种联系对于刺激新生儿肺部血管的发育至关重要。这导致STAT3在肺部发育不足和肺循环系统形成不当。
研究人员还发现，在FOXF1基因中具有特异性点突变的ACDMPV患者捐献的样本中存在STAT3缺陷。作者推测，用STAT3治疗新生小鼠会刺激肺部血管发育，但他们必须弄清楚如何将蛋白质转移到肺部。
STAT3纳米粒子溶液
研究人员转向纳米粒子技术，为新生小鼠的肺部提供STAT3微型基因。他们为所谓的聚乙烯亚胺(PEI)纳米粒子创造了一种新型配方。
明胶样PEI纳米颗粒可通过静脉内给予患者将治疗性遗传物质携带至身体的不同部位。研究作者表示，不同的PEI纳米粒子配方目前正在其他机构的成人癌症临床试验中进行测试。
用S52F FOXF1突变对新生小鼠进行STAT3 DNA的治疗性给药，恢复了内皮细胞形成肺血管的能力。这刺激了动物的血管生长和称为肺泡的气囊的形成。
“如果在成人癌症正在进行的临床试验中证实了PEI纳米粒子的功效，那么可以考虑将PEI用于ACDMPV婴儿的STAT3基因治疗，”Kalinichenko说。“考虑到ACDMPV是一种罕见疾病，需要进行多中心临床试验来评估STAT3基因治疗在ACDMPV新生儿和婴儿中的疗效。”