近日，来自北京理工大学前沿科学研究所的黄元玉研究组在核酸药物递送和肿瘤免疫治疗方面取得了重要的研究进展。研究结果发表在国际顶级期刊《 NanoToday》上。
纳米技术和生物医学领域中的“影响因子16.907”（影响因子16.907）为“滚压微针电极阵列（RoMEA）授权的核酸递送和癌症免疫疗法”。本文的第一作者是北京理工大学生命科学学院/边疆交叉口学院的博士生杨同仁和北京大学的黄栋博士。
通讯作者为北京工业大学研究员黄元玉和北京大学李志宏教授。近年来，基于小干扰RNA（siRNA）的核酸药物一直在市场上获批销售，并已成为引领第三波药物发展的代表性技术。
siRNA药物开发中的关键问题是如何实现有效的富集和内吞作用，如何快速到达细胞质，以及有效而长期的沉默靶基因表达。这个过程需要研究和开发有效和安全的药物输送技术。
目前，许多运载工具都存在诸如管理效率低，安全性差，成本高以及缺乏通用性等问题。图1 RoMEA示意图和研究思路。
2018年，黄元裕研究组和李志宏研究组合作提出并验证了辊式微针辅助柔性电穿孔芯片介导的siRNA体内经皮递送的策略（Theranostics2018; 8（9）：2361- 2376），这种策略在医疗美容领域将微针滚轮和柔性手指电极芯片（FIEA）结合在一起。首先，使用微针辊在小鼠皮肤组织中建立微通道以形成液体微电极，然后使用柔性电穿孔芯片。
施加脉冲电场以促进核酸药物分子的透皮递送。此外，研究人员构想了“二合一”的解决方案。
滚动微针和电穿孔芯片，并设计了滚动微针电极阵列（RoMEA，图1）。该设备的突出优点是在滚动时会施加一个同步电场，从而可以支持不同的应用。
在正常的生物体组织表面上进行生物体组织的大面积电穿孔。同时，该装置具有侵入性低，操作方便，安全，制造成本低，易于批量生产的优点。
图2 RoMEA介导的体内核酸递送研究。研究人员使用RoMEA传递表达红色荧光蛋白（RFP）或Cy5标记的siRNA或抑制SCD1基因表达的siRNA的质粒，并研究RoMEA核酸在体内的传递参数（图2）。
结果表明，当RoMEA施加的电压在30V-90V范围内时，RFP的蛋白表达明显，并且在50V的电压下RFP的蛋白表达强度达到峰值（图2c）。当RoMEA施加的电压为50V时，它会显着延长Cy5-siRNA在小鼠腿部和肿瘤中的保留时间（图2d，e）。
同样，作者发现，当RoMEA施加的电压为50V时，siRNA具有良好的基因抑制效率（图2f，g）。在这些条件下，电穿孔CpG2395（免疫佐剂）可以有效刺激小鼠IL-6和IFN-g的分泌（图2h）。
因此，RoMEA可以在50V的电压下实现局部有效的核酸转染效率。图3 RoMEA介导的阻断PD-L1 / PD-1免疫检查点途径的B16-F10黑色素瘤免疫疗法是临床治疗中最具代表性的肿瘤免疫疗法。
结合RoMEA的最佳参数，研究人员进一步选择了可抑制PD-L1表达的siRNA（siPD-L1）和可拮抗B16-F10黑色素瘤小鼠模型中PD-1表达的单克隆抗体（PD-1mAb）（图3a），b）。当肿瘤较小时（模拟早期临床肿瘤，图3c-i），当肿瘤较大时（模拟中度临床肿瘤，图3j-1），开始治疗。
结果表明，单独或与PD-1mAb组合使用siPD-L1可以有效抑制肿瘤生长并延长动物的生命周期。同时，流式细胞仪检测结果表明，肿瘤微环境中CD4 + T细胞和CD8 + T细胞数量明显增加，证实了PD-L1 / PD-1途径的作用机理。
这项工作设计的滚动式微针电极阵列（RoMEA）工艺简单，用途广泛，为各种应用和开发奠定了基础。