[发明专利]一种基于微流控与纳米技术的生物分子递送器件及其应用

说明书

本发明提供一种基于微流控与纳米技术的生物分子递送器件，该生物分子递送器件包括微流控单元，用于精确控制输出的流体特征，所述流体特征包括流体成分、浓度和速度中至少一种；以及递送单元组，所述微流控单元的每个流体输出口连通有一个递送单元，用于将所述微流控单元输出的流体递送到细胞内；本发明的生物分子递送器件具有高通量筛选能力，可同时进行多种浓度、多种配方的分子递送，可以准确、方便、快捷、高效地用于筛选最优诱导重编程分子配方，从而利于建立重编程高效率的无遗传修饰残留的hiPSCs制备方法。

技术领域

本发明属于微流控技术与纳米技术应用的技术领域，具体涉及一种基于微流控与纳米技术的生物分子递送器件及其应用。

背景技术

人诱导多能干细胞(hiPSCs)是一种由哺乳动物成体细胞经转入转录因子等手段脱分化形成的多能干细胞，最早由日本学者山中伸弥的研究团队于2006年发现。hiPSCs目前诱导方法多为利用病毒载体或质粒将具有包括Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc转录因子的DNA信息转染至体细胞内，提高这四种转录因子在细胞内的表达量并诱导体细胞重编程，从而使其获得多能性状态。由于这种hiPSCs的诱导方法不需要使用卵子或胚胎使其在病症机理研究、新药筛选、以及个性化细胞替代性治疗中具有巨大的潜在医学价值。

目前，生物分子导入技术是制备hiPSCs的主要技术手段，根据导入机理以及导入分子种类可分为整合病毒载体诱导、非整合病毒诱导、转座因子诱导、mRNA以及蛋白质诱导。然而，这些诱导方法存在较高安全风险或重编程效率低下(0.001％-10％)等问题。其中，安全风险主要源于病毒相关诱导方法中，无论是否是基因组整合诱导，都存在将DNA序列随机嵌入宿主基因组所产生的基因突变风险。而非病毒载体受限于目前转染方式(包括转座因子载体、蛋白质、质粒载体以及mRNA)不能保证递送等量DNA分子进入各个细胞，且转染实验对于细胞毒性较大，使转染后的各个细胞表达转录因子效率相差甚远，但是普遍较低。

目前，再生医学界认为建立无遗传修饰残留的hiPSCs(人iPSCs)制备方法(如利用mRNA和蛋白质将人类体细胞重编程为iPS细胞)是避免引入源于病毒载体安全风险的有效手段。为了彻底消除外源基因的整合风险，利用mRNA转录因子或体外纯化的蛋白重编程转录因子建立无痕hiPSCs制备策略被认为是目前安全风险最小的制备方法。在2010年，科学家们第一次成功完成利用mRNA制备hiPSCs(Warren,L.et al.Highly efficientreprogramming to pluripotency and directed differentiation of human cellswith synthetic modified mRNA.Cell Stem Cell 7,618-630,doi:10.1016/j.stem.2010.08.012(2010)；Warren,L.Lin,C.mRNA-Based Genetic Reprogramming.MolTher 27,729-734,doi:10.1016/j.ymthe.2018.12.009(2019))。也有学者证明利用重编程蛋白可以成功诱导小鼠和人成纤维细胞重编程。然而，mRNA与蛋白在细胞内存活周期有限，需要重复多次递送相关生物分子进入细胞。而目前细胞内递送手段有限(包括：电穿孔技术和脂质体转染)，不能完全实现对细胞无损伤且多次、实时、长期递送，因此利用mRNA和蛋白分子诱导方法的重编效率极低，无法开展实际应用。研发非病毒新型细胞内递送方法，实现重复、长期高效、实时且对细胞无损伤的细胞内递送，并在其基础上建立新型、高效、无遗传修饰的hiPSCs制备策略是实现hiPSCs临床应用的关键。

综上，急需研发一种新型细胞内诱导因子如mRNA，蛋白质等生物分子的高效递送技术，实现生物分子重复长期高效定量递送至细胞内。

发明内容