湖南大学聂舟/雷春阳团队：核酸功能化MXene纳米载体递送CRISPR/Cas12a实现布尔逻辑调控的基因编辑

以可编程的方式精确调控基因的功能在生物医学工程中具有重要的意义。来源于细菌和古细菌中适应性免疫系统的CRISPR/Cas已经成为革命性基因编辑工具，在基础科学、生物学和医学中已经显示了巨大的前景与应用价值。虽然CRISPR基因编辑有着许多优点，但是CRISPR/Cas组件被非特异性运送到非靶细胞、组织与器官会导致脱靶编辑等问题，制约其在精准基因治疗中的应用。发展响应型递送系统，在特定时空条件下释放激活CRISPR/Cas系统能够显著提高基因编辑的特异性。因此，综合利用外界与内源性刺激调控CRISPR/Cas系统的功能有望实现智能精准的基因编辑。

在前期MXene表面功能化及生物传感研究工作基础上，湖南大学聂舟/雷春阳团队构建了响应型核酸功能化MXene载体，实现了布尔逻辑调控的智能精准基因编辑。该载体综合了功能核酸的可编程性与MXene材料的高效光热转换效率等优势，能够通过组合核酸链取代反应和光热转换效应来智能控制载体中Cas RNP复合物的高效释放，进而实现时空可控的精准基因编辑。作者首先以近红外光（NIR）、核酸等为输入信号，构建了一系列2-输入（AND、OR、N-IMPLY）和3-输入（AND/OR和N-IMPLY/AND）布尔逻辑门控制的纳米载体，在活细胞实现智能响应的精准基因编辑。在此基础上，以NIR、肿瘤标志物miRNA-21分别作为外源性、内源性输入信号，作者构建了“AND”逻辑门调控的响应型载体，分别在活细胞与植瘤小鼠模型中实现plk-1基因的特异性编辑，诱导肿瘤细胞的程序性死亡与抑制肿瘤生长。

图1. (A)核酸功能化MXene纳米载体递送CRISPR/Cas12a实现布尔逻辑调控的基因编辑的原理示意图。(B-D)细胞水平上“AND”逻辑门调控的基因编辑的原理及效果验证。(E-F)活体水平上“AND”逻辑门调控的基因编辑及其肿瘤抑制效应。

综上所述，该工作通过构建核酸功能化MXene纳米载体，综合利用外源性与内源性刺激精准控制CRISPR/Cas系统的功能，实现了布尔逻辑调控的基因编辑，为发展时空调控的基因编辑提供了新思路。该成果以“Responsive MXene nanovehicles deliver CRISPR/Cas12a for boolean logic-controlled gene editing”为题在线发表于Science China Chemistry，将收录于“2022 Emerging Investigator Issue”。汪松博士和硕士生章振华为第一作者，雷春阳副教授为通讯作者。

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