|
CRISPR/Cas9作为当前最热门的基因编辑工具，在癌症、遗传病等重大疾病的治疗、改善农作物、疾病检测等领域具有巨大的应用前景。 虽然CRISPR基因编辑有着许多优点和前景，但是CRISPR基因编辑可能存在的脱靶性、病毒递送载体的潜在致癌性等等，都制约着CRISPR基因编辑用于精准治疗。越来越多的研究人员开始研究非病毒载体、可控CRISPR基因编辑系统等。 近日，来自南京大学等单位的研究人员，成功设计了一种智能光控CRISPR/Cas9基因编辑的新技术。通过利用外界光照这种无创的外部手段，实现了目标部位基因编辑，显著提高了基因编辑的靶向性。 这项研究发表以 Near-infrared upconversion–activated CRISPR-Cas9 system: A remote-controlled gene editing platform 为题，于2019年4月3日发表在最新一期的 Science 杂志子刊 Science Advances 杂志上。 该方法取代了传统的递送CRISPR基因编辑的病毒体系，并且以对CRISPR基因编辑工具进行时间上的控制，还具有精准靶向和杀死癌细胞的潜力。 这种远程操纵的基因编辑技术打开了时空调控基因编辑的大门，为基因编辑技术在疾病治疗方面的应用提供了新的思路。由于近红外光有效的组织穿透性，为该技术为在深层组织中的应用提供了潜在的可能。 通讯作者：宋玉君教授（南京大学）、林友辉副教授（厦门大学）、王玉珍副研究员（南京工业大学）。 第一作者：硕士生潘永春。 之前已有不少研究使用金纳米颗粒、石墨烯等多种纳米材料作为CRISPR/Cas9基因编辑的递送载体，这些方法避免了病毒载体的一些缺陷，但仍然不能在时间上调控基因编辑。 在各种各样的调控策略中，光调控已被证明是一种理想的非侵入性调控策略，光调控可以很容易地监测生物活性分子的释放，具有高时空精度，而且不会引入化学污染物。迄今为止，已经开发了几种光敏分子。研究表明，近红外光（NIR）对生物组织的穿透性效果较好，因此NIR光触发系统将是生物应用中潜在且理想的策略。 掺杂镧系元素的上转换纳米粒子（UCNPs），已经被开发用于将低能量的近红外光（NIR）辐射（波长为800或980纳米）转换为高能紫外光（UV）或可见光。这为远程操纵生物分子提供了可能的途径。 该论文的研究人员受此启发，设计了一种基于UCNP的CRISPR/Cas9递送系统，用于癌症治疗。 CRISPR/Cas9通过光敏分子ONA共价锚定在UCNP上（表示为UCNPs-Cas9），然后用聚乙烯亚胺（PEI）包被（表示为UCNPs-Cas9 @ PEI），以形成纳米颗粒。 然后，将这些纳米颗粒暴露在近红外光下，上转换纳米粒子（UCNPs）吸收近红外光（NIR）辐射，将其转换为高能高能紫外光（UV）辐射，紫外光能够切断光敏分子ONA，从而将CRISPR/Cas9体系从纳米颗粒中释放出来，并将它们按需递送给细胞。 PLK-1 基因，是一个已经被证实的癌基因，与多种人类癌症相关，抑制PLK-1 基因会明显抑制细胞的增殖、诱导细胞凋亡等。 首先，研究人员在体外细胞实验中，使用该光控系统成功实现了对PLK-1 的基因编辑，编辑后的人肺癌细胞（A549细胞）的增殖明显降低、凋亡明显增强。 然后，研究人员继续在皮下移植人类肺癌细胞的小鼠身上测试该系统在东魏体内的基因编辑效果。 将靶向PLK-1 基因的该光控系统并注射到小鼠肿瘤部位。接下来从小鼠体外向体内目标处照射近红外光，触发纳米粒子将近红外光转化并发出紫外光。 小鼠体内实现结果表明，该光控基因编辑系统可以显著抑制肿瘤的生长。 这些研究结果表明，这一光控基因编辑系统，在近红外光的调控下，在体外细胞实验和体内动物实验中均可实现对靶基因的敲除，并诱导肿瘤细胞凋亡。 这项研究开发的光控基因编辑系统，还相当智能，不仅可以控制CRISPR/Cas9的释放时间，还可以将其递送到人体内深层组织中，并且可以对其进行远程控制。 这项技术利用外界光照这种无创的外部手段，实现了目标部位基因编辑，显著提高了基因编辑的靶向性。由于近红外光有效的组织穿透性，为该技术为在深层组织中的应用提供了潜在的可能。总之，这种远程操纵的基因编辑技术打开了时空调控基因编辑的大门，为基因编辑技术在疾病治疗方面的应用提供了巨大潜力。 通讯作者介绍 宋玉君，南京大学现代工程与应用科学学院教授，主要研究方向为：微流控芯片，生物纳米材料，转化医学。2005年毕业于武汉大学化学系获学士学位，2011年1月毕业于中国科学院长春应用化学研究所获博士学位，之后在康奈尔大学医学院附属卫理公会医院从事博士后研究。迄今已发表学术论文约30篇，包括通讯或一作的 Nat. Commun、Angew Chem、JACS 、Adv Mater 和Nucleic Acid Res 等文章。 参考内容： http://advances./content/5/4/eaav7199 |
|
|
