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CRISPR/Cas9系统作为革命性的基因组编辑技术，可以有效地修饰哺乳动物（包括人类）细胞中的靶基因。临床前研究表明，CRISPR/Cas9系统为治疗各种遗传病、肿瘤和传染病提供了前所未有的机会。 尽管培养细胞的体外基因组编辑具有许多临床应用，但许多遗传病和癌症的治疗，有必要进行体内基因组编辑。而CRISPR/Cas9系统可能具有脱靶性，引起基因突变、缺失、插入或易位，这可能导致癌症发生或其他有害后果。 因此，基于CRISPR/Cas9的体内基因组编辑临床应用的主要挑战，就是选择性激活期望组织或器官中的CRISPR/Cas9系统，以达到最大化治疗功效，并实现最小化遗传毒性。 近日，莱斯大学包刚等人在Nature子刊Nature Biomedical Engineering杂志发表题为： Spatial control of in vivo CRISPR–Cas9 genome editing via nanomagnets 的研究论文（Article），该研究开发了一种新型的磁响应基因传递系统，该系统由磁性氧化铁纳米颗粒（MNP-BV）复合杆状病毒载体组成，能够在磁场调控下实现体内基因组编辑的空间控制。 为了提高CRISPR/Cas9系统的特异性，目前已经许多研究开发了鉴定gRNA潜在脱靶位点的工具，以及可调控活性的Cas9酶，如光调控和化学调控，由于生物组织的特点，这些调控方式效果并不好。目前正在探索的利用腺相关病毒AAV的组织特异性的体内基因递送载体，然而，用于体内基因递送的大多数病毒载体衍生自源自人或其他哺乳动物的病毒，这些病毒载体的系统性传播和复制难以控制，增加了遗传毒性风险。 最新研究表明，磁性纳米材料可以相应磁场变化而改变体内分子活细胞过程。与化学或光信号相比，具有 1.5-3.0 特斯拉强度的磁场，如核磁共振仪中的磁场，对人体没有明显的不利影响，并且磁场不会被人体组织衰减。注：特斯拉（tesla，符号为T），为磁感应强度单位，表示磁场的强度。 与大多数病毒载体相比，杆状病毒载体具有非常大的DNA包装能力（> 38k碱基），因此能够实现更大基因或更多基因的整合。作为对比，常用的病毒载体慢病毒和腺相关病毒，一般DNA包装能力不超过5k。 对于体内基因组编辑，给小鼠注射MNP-BV-CRISPR，并使其受到靶向小鼠肝脏的磁场，在MNP-BV-CRISPR递送后24小时，从小鼠肝脏组织收获eGFP阳性细胞，并进行T7E1测定以定量基因修饰率。发现纳米磁体在转导的小鼠肝细胞中诱导了位点特异性基因修饰，插入率为~50％。二代测序分析表明~96％的突变可能导致移码，在肝脏中检测到位点特异性基因修饰，在其他器官中未检测到基因突变。 磁性氧化铁纳米颗粒（MNP-BV）复合杆状病毒载体组成的基因编辑系统，在磁场控制下，实现了体内基因编辑的空间控制。这一结果证实存在具有高组织特异性的有效磁场驱动的基因组编辑。 杆状病毒载体缺乏在哺乳动物细胞中复制的能力，但它可以高效率和低细胞毒性转导许多类型的哺乳动物细胞，提供稳健和瞬时的基因表达。之前研究表明，全身注射杆状病毒载体会触发补体系统的经典途径，并导致病毒转导显著减少。局部注射到肌肉或肿瘤中的杆状病毒载体可以由于减少对补体系统的暴露而诱导适度的转导。 通过用表面包衣保护杆状病毒载体或用抑制补体系统的试剂处理动物，可以在一定程度上规避补体诱导的杆状病毒载体失活。在这项研究中表明，杆状病毒载体的血清灭活可以用作限制杆状病毒载体的全身活动的“关闭”开关，通过在局部促进MNP-BV复合物的边缘化和细胞进入，外部磁场可以作为组织特异性基因组编辑的“开启”开关。该混合纳米颗粒-病毒载体系统为CRISPR/Cas9介导的体内基因组编辑的空间控制提供了独特的递送载体。 通讯作者介绍 包刚，美国莱斯大学讲席教授，核蛋白及其纳米医学中心主任，主要从事纳米医学和基因编辑方面的研究，包括纳米探针与分子成像技术，纳米颗粒加热技术，纳米载体与靶向输送，及精准基因编辑。 版权声明 |
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