纳米胶囊高效输送Cas9核糖核酸蛋白复合物可基因组编辑
编辑遗传密码的新工具为遗传性疾病、某些癌症甚至顽固病毒感染的新疗法带来了希望。但是，将基因疗法传递到身体特定组织的典型方法可能是复杂的，并可能导致令人不安的副作用。
威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员通过将基因编辑有效载荷装入可定制的微型合成纳米胶囊中解决了其中的许多问题。近日他们在Nature Nanotechnology上描述了这种新型的递送系统。
图片来源：UW-Madison
威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所(Wisconsin Institute for Discovery at UW-Madison)的生物医学工程教授、研究员Shaoqin "Sarah" Gong说："为了编辑细胞中的基因，编辑工具需要安全有效地植入细胞。"她的实验室专门设计和构建用于靶向治疗的纳米级传输系统。
威斯康辛大学麦迪逊分校生物医学工程教授、全美基因组编辑协会指导委员会联席主席Krishanu Saha表示："在注射基因疗法后，编辑体内错误的组织是一个严重的问题。"该协会得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health) 1.9亿美元的资助。"如果生殖器官被无意中编辑了，那么病人就会把编辑的基因遗传给他们的孩子和后代。"
Gong说，大多数基因组编辑都是通过病毒载体完成的。病毒侵入细胞并利用细胞自身的机制制造新的病毒拷贝已有数十亿年的经验。在基因治疗中，病毒可以被改造成携带基因组编辑机制，而不是携带自己的病毒基因进入细胞。然后，编辑机制可以改变细胞的DNA，比如说，纠正导致或导致疾病的遗传密码中的一个问题。
"病毒载体很有吸引力，因为它们可以非常有效，但它们也与许多安全问题有关，包括不受欢迎的免疫反应，"Gong说道。
新的细胞靶点也可能需要费力地改变病毒载体，而定制病毒载体的制造可能是复杂的。Saha说："如果要定制许多病毒载体来传递到体内特定的细胞或组织是非常困难的。"
Gong的实验室将基因治疗的有效载荷--也就是基因编辑工具CRISPR-Cas9的一个版本，用Saha实验室设计的导向RNA--包裹在一个薄的聚合物外壳上，形成一个直径约25纳米的胶囊。纳米胶囊的表面可以装饰有多肽等官能团，使纳米颗粒能够靶向某些细胞类型。
纳米胶囊在细胞外保持完整--例如，在血液中--只有在目标细胞内被一种叫做谷胱甘肽的分子触发时才会分裂。然后，释放的有效载荷移动到细胞核，编辑细胞的DNA。由于纳米胶囊在细胞细胞质内的寿命较短，因此有望减少意外的基因编辑。
该项目结合了威斯康辛大学麦迪逊分校在化学、工程、生物学和医学方面的专业知识。儿科学和眼科教授Bikash R. Pattnaik和比较生物科学教授Masatoshi Suzuki及其团队分别用纳米胶囊演示了老鼠眼睛和骨骼肌的基因编辑。
由于纳米胶囊可以被冷冻干燥，因此可以方便地提纯、储存和作为粉末运输，同时为剂量控制提供灵活性。威斯康辛校友研究基金会的研究人员正在申请纳米颗粒的专利。
Gong说："纳米胶囊体积小、稳定性好、表面修饰的多功能性以及编辑效率高，使其成为许多基因疗法的一个有前景的平台。"
该团队的目标是进一步优化正在进行的研究中有效编辑大脑和眼睛的纳米胶囊。
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项目成果
