为理解决这个问题，俄亥俄州立大学再生医学和细胞治疗中央的 Chandan Sen 博士和 L. James Lee 博士所领导的研究团队开拓了一种只有指甲大小的便携式芯片，它可以在不到一秒的韶光之内对皮肤细胞完成转染，并将之转换成人体内任何其他类型的细胞。而这一技能也被揭橥在 8 月 7 日的《Nature Nanotechnology》上。
图丨皮肤转染芯片
这种被称为非侵入性组织纳米转染（The noninvasive tissue nanotransfection，TNT）的技能已经在老鼠和猪身上做过了干系的实验。在利用 TNT 技能后，这些动物的皮肤细胞能够被勾引形成完全的血管，并且和现有的脉管系统进行连接，进而治疗坏去世的皮瓣、挽救严重缺血的伤腿等。
在后续实验中，研究职员乃至将小鼠的表皮细胞转化成为了功能健全的神经元。在几周韶光内，这些神经元就可以从动物的皮肤表面被移植入动物脑中，从而逆转由于中风而留下的后遗症。
图丨神经元细胞
总的来说，TNT 可以被归类为一种微型电穿孔技能，最早是由 Lee 团队于 6 年前研发的。它由两个紧张的部分组成，一是领导可塑性的负荷，该负荷可能是质粒、DNA 或者 RNA。利用 RNA，可以把基因整合的风险降到最低。二是纳米电穿孔芯片，该芯片是利用微纳米合成技能制备得到的。
而微型电穿孔技能的特点便是能将新细胞的重编程基因直接通过细胞外膜上开启的的临时通道注入表皮细胞中。在这一过程中首先将搭载有主要重编程因子的芯片放置于皮肤表面，然后，电流会间歇性地通过芯片，从而在细胞外膜中打开微型通道，基因也正是从这些通道中被注入表皮细胞的。
俄亥俄州立大学化学与生物分子专业的 Lee 教授说，“由于纳米孔的电阻非常大，电流实际上是很小的。因此，这一手段是安全的，对转染的细胞或组织所造成的损伤险些可以忽略不计。”
图丨 Chandan Sen 博士手持芯片
不仅如此，Chandan Sen 博士还强调，TNT 技能在实践过程中不须要大型的实验室器材或精密的操作技巧，可以在医护场所乃至生活场景中直接进行履行。全体过程仅须要不到一秒，只须要把芯片贴附于皮肤表面就可以了。
“你只须要一枚芯片、细胞转变所需的重编程因子和一个电源。”他说。若是组织和器官病变或受伤，我们可以通过 TNT 技能将皮肤细胞转变为所须要的任何种类细胞。此时此刻，患者的皮肤就像是一片土壤肥沃的“农场”，只要栽种下皮肤细胞，就可以“收成”各种型的人体组织细胞。一个例子便是，利用 TNT 技能可以在 3-4 周的韶光内就将皮肤细胞转换成可以植入大脑的神经元，而研究者们目前已经成功在小鼠皮肤表面造就了成千上万的神经元。
Sen 博士又补充说，利用电穿孔技能运送非病毒性基因并不是什么新鲜事，但是传统电穿孔技能所须要的繁芜操作则大大限定了它的成功率，“繁芜的电穿孔操作使全体细胞膜都能够被渗透，并会影响细胞骨架，从而降落细胞的可塑性。
图丨电穿孔技能操作示意
与此相反的是，TNT 技能在细胞膜内产生一系列微型通道，并且仅影响细胞表面 2% 的区域，不会抑制细胞的可塑性。在 TNT 技能的利用过程中，我们已经实现了超过 98% 的转染效率与细胞转化的成功率。”
在研究职员揭橥在《Nature Nanotechnology》 的论文中，他们详细地描述了在小鼠体内进行的两组实验。在实验中，他们将皮肤细胞重编程，并将其转化为血管细胞。第一组小鼠的血管细胞用于防止小鼠的全层皮瓣坏去世；第二组小鼠的血管细胞则是用于抢救因被移除了股动脉而缺血的四肢。
在未经处理的对照组中，小鼠的腿由于缺少血液流动而迅速坏去世，而利用 TNT 技能治疗的小鼠后腿则在几周之内长出了能够正常事情的血管。三周过后，这些小鼠并没有接管除了 TNT 之外的其它治疗，但是它们已经长出了功能健全的血管，受伤的四肢也险些病愈。
图丨利用TNT 技能的修复对照实验
Sen 博士表示，他们利用有序的纳米阵列，将目标因子运送到身体中，实现组织重新编程，而不仅仅是细胞的重新编程。通过重编程皮肤细胞可以产生血管，在不须要其他任何补充的情形下，就可以修复四肢。他表示，“我们不仅仅制造血管原性细胞，而是制造上百个功能血管，这才是最大的差异所在。”
他认为这项技能的潜在运用是巨大的。利用皮肤细胞，除了可以产生血管和功能性神经元，研究职员还把老鼠皮肤细胞转化成产生胰岛素的细胞，用以针对动物血液中的葡萄糖含量水平来分泌胰岛素。
Lee 博士也表示，基于皮肤的转染或者重新编程技能有很多潜在的运用，比如 DNA 疫苗、糖尿病人的神经元再生以及某些情形下的头发再生。此外，TNT 技能还可运用于其他组织。他们成功证明了 TNT 技能用于肌肉组织和脂肪组织（重新编程白脂肪细胞转化为褐色脂肪细胞）。除了皮肤组织，TNT 技能还适用于外表组织（比如眼睛、耳朵等）以及外科手术中袒露的组织（比如骨骼修复、器官诊断等）。
不过，在转染技能的蔓延性问题上，Sen 博士还是做出了特殊的强调。虽然转染技能实质上是局限于皮肤最外层的表皮细胞，但是实际上转染效应还会蔓延到真皮细胞。他们在论文中也提到，“研究结果表明 TNT 技能不仅仅运用于重新编程因子的局部传送，而且适用于重新编程刺激物蔓延（从表皮到真皮）的协同反应。”
“对付转染技能能够蔓延到更深层的皮肤组织细胞，我们感到非常惊奇。目前，我们的研究结果表明转染的表皮细胞能够开释功能性生物分子（包括 mRNA 和蛋白质），这使得转染效应通报到组织中的其他细胞。”Lee 博士说。但该过程发生的详细机理有待于进一步研究。
不过，即便转染效应会蔓延到真皮细胞之中，也无需对此过多担心。由于相较于现有的实现活体组织转染的物理方法，比如电穿孔和基因枪，TNT 技能更加温和，造成的组织损伤最小。
当然，他们对付 TNT 技能运用的探索也并未停滞。Lee 博士早期的研究就曾证明利用以 TNT 为代表的纳米电穿孔技能运送其它核酸货色的潜力，这是正在进行的一个主要的研究领域。他说，“在我们的体外细胞转染研究中，我们已经证明 2D 和 3D NEP 生物芯片还可以将眇小 RNA（miRNA）和小滋扰 RNA（siRNA）载体递送到癌细胞，通过影响致癌基因来杀去世细胞。除此以外，我们也在参照 CRISPR / Cas9 基因编辑技能来运用 TNT 技能。”
Sen 博士指出，在争取 FDA 批准的情形下，初步的 TNT 临床试验可在一年内开始，用于严重的肢体缺血运用。一个小型的美国国立卫生研究院（NIH）帮助项目目前就在支持精力病学领域的早期事情，该团队还与沃尔特里德陆军医疗中央（Walter Reed Army Medical Center）互助，进行 TNT 技能拯救受伤的四肢和周围神经损伤的潜在运用。
图丨美国国立卫生研究院
“我们为临床运用优化了 3D TNT 的芯片设计，下一步将会开展与生产制造商的互助。”Sen 博士说到。而开拓出具有本钱效益的制造技能，利用最佳的生物相容材料显然已经被纳入了互助的考量之中。
研究职员目前正处于与台湾电子巨子富士康签订潜在协议的初期阶段，而 TNT 的其他容许证持有者也对这项技能的临床运用翘首以待。Sen 博士说，“知识产权已经得到保护，但我们也希望不同的组织都可以采取这项技能，并开拓出更加广泛的运用。”
