[发明专利]用于调节细胞活性的组合物和方法

说明书

本发明提供了用于基于使用磁场激励靶向特定细胞类型的顺磁性纳米粒子来远程控制细胞功能的方法和组合物。所关注的细胞类型表达离子通道，其中对所述顺磁性纳米粒子的激励产生物理变化，所述物理变化转换为细胞应答。所述细胞应答可包括例如导致产生一种或多种生理活性蛋白质的基因表达的增加。所述蛋白质的表达可用于治疗受试者的多种不同的遗传性或获得性疾病或病症。

相关申请

本申请要求于2014年9月22日提交的美国临时申请号62/053,602的权益。上述申请的完整教导以引用的方式并入本文。

政府资助

本发明是在美国国立卫生研究院颁发的NIH资助号R01GM095654下由美国政府资助完成的。美国政府对本发明具有一定的权利。

发明领域

本发明提供了用于基于使用射频波或磁场激励由特定细胞类型产生的内源性顺磁性纳米粒子来远程控制细胞功能的方法和组合物。所述细胞表达指导温度敏感型和/或机械敏感型通道的表达的一组DNA构建体，其中顺磁性金属纳米粒子的激励产生物理变化，所述物理变化通过诱导离子(包括阳离子诸如Ca²⁺或Na⁺或阴离子诸如Cl)的流入转换为细胞应答。内源性纳米粒子与其它通道的共表达也可实现其它信号转导途径的调节。此类诱导型细胞应答可包括例如导致产生一种或多种生理活性蛋白质的基因表达的增加。此类蛋白质的表达可用于治疗人或动物受试者的多种不同的遗传性或获得性疾病或病症。所述方法还可用于激活或抑制其活性可通过离子的流入(flux)来调节的内源性细胞。因此，所述系统还可用于调节神经元、内分泌细胞、分泌细胞、可收缩细胞和其中离子流的变化改变细胞活性的任何其它细胞类型的活性。

发明背景

用于剖析特定细胞对生理功能和具体表现的贡献的工具近年来逐步发展。初始研究使用电损毁和化学损毁消融限定区域中的神经元和纤维。后期研究利用通过植入电极进行的直接刺激；然而，这些研究由于可变的活化、永久性植入物的需要和组织损伤而受到阻碍。作为这些方法的替代形式，新近的技术利用药物诱导型系统改变基因表达或离子通道以调节细胞活性(Lerchner等,Neuron 2007,54:35-49)。通过允许阳离子或阴离子的选择性通过，离子通道家族调控细胞内离子浓度，其进而根据细胞类型调节细胞内功能。离子通道的使用具有许多优点；其结构和功能有相对充分的描述，它们具有快速的激活时程，并且哺乳动物和非哺乳动物细胞中存在广泛范围的通道，其可被用于探索改变细胞活性的最佳手段。此方法首先通过用于改变行为的药物门控通道的转基因表达来验证；然而，作用的时程相对较慢(数小时至数天)。最近，已采用编码光激活的阳离子通道的非哺乳动物通道视紫红质(channelrhodopsin)(ChR2)基因在暴露于蓝光时快速激活在分子水平上限定的神经元(Boyden,ES等2005 Nat Neurosci 8:1263-1268)。此系统赋予解剖特异性和时间控制，但还是具有限制。例如，体内激活需要通过植入装置进行的光纤式光递送，所述植入装置为侵入性的并且可对行为造成干扰。对植入装置的需要也限制了可同时调控的解剖位点的数目。

本发明提供了用于基于使用射频波或磁场激励或抑制表达内源性纳米粒子的细胞来远程控制细胞功能的方法和组合物。本发明使用纳米粒子诱导的细胞调控(NICR)来例如调控离子通道，以作为用于远程且非侵入性地并且在一个或在多个位点处刺激或抑制特定细胞活性的手段。

发明概述