新技术帮助CRISPR直捣细胞核，显著提高编辑效率

来源：医麦客

越来越多的科学家开始使用强大的新型基因编辑技术CRISPR/Cas9，这项新技术来自细菌，具有治疗一系列遗传疾病（如囊胞性纤维症、肌肉萎缩症和血友病等）的潜力。但是为了充分发挥作用，这个基因编辑工具必须安全通过细胞膜并进入细胞核中，事实证明这个过程非常困难，因为它会激发细胞的防御功能，使CRISPR/Cas9陷入陷阱中，这严重影响了CRISPR/Cas9的治疗效果。

日前，来自马萨诸塞大学阿默斯特分校的纳米化学专家Vincent Rotello实验室的研究人员设计了一种新型纳米颗粒递送系统，可以协助CRISPR/Cas9避开细胞器的摄取、直接穿过细胞膜进入细胞核，相关研究成果发表在杂志《ACS Nano》上。

研究论文第一作者Rubul Mout解释道：“CRISPR有两个组分：一个被称为Cas9的剪刀样结构及一个叫做sgRNA的可以引导Cas9结合靶基因的小RNA分子。一旦Cas9-sgRNA组合进入细胞核并结合靶基因，它们就可以剪切靶基因并在宿主细胞DNA修复机制的帮助下修正这些基因。”

他指出自从CRISPR的应用前景在2012年被发现以来，基因编辑或者基因组工程迅速变成了生物学及医学领域的一个研究热点，研究人员的目标是通过操纵致病基因以治疗其他手段无法治疗的疾病。“但是为了更好地完成这些目标，生物技术及药物开发公司一直在寻找更有效地CRISPR输送方法。”他补充道。

这项由Rotello、Mout及其同事开发的最新递送系统包括一种工程化的Cas9蛋白（Cas9En）以及纳米颗粒载体——金纳米颗粒。Rotello说道：“通过合理地调节Cas9En蛋白和金纳米颗粒之间的相互作用，我们成功地构建了这种药物输送载体，这个载体可以携载Cas9蛋白及sgRNA，当它与细胞膜接触时，可以直接与细胞膜融合，然后将Cas9-sgRNA直接释放到细胞质中。”

“Cas9蛋白具有一段核引导序列，可以引导蛋白进入细胞核。”他补充道，“我们将Cas9蛋白和sgRNA直接输送到了细胞核中，它们不会滞留在内涵体或者溶酶体等细胞器中，我们通过复杂的显微成像技术实时观察并确认了这个输送过程。”

Mout及其同事解释说他们现在可以将Cas9-sgRNA输送到培养的90%的细胞中，基因编辑效率约为30%。“和其他输送方法相比，90%的胞质/核输送効率是相当高的。”Mout指出。

研究人员相信这个输送平台还可以用其他的纳米颗粒组建，如高分子纳米颗粒、脂质体及自组装肽等。Rotello说道：“现在我们已经在培养皿细胞中达到了较高的基因编辑效率，接下来我们将在临床前动物模型中进行基因编辑。我们也有兴趣将这项技术用于细胞过继治疗，我们可以从病人身上分离出不正常细胞，然后在实验室采用CRISPR进行修正，最后再回输到病人体内。”

除了基因编辑之外，这种新的输送体系还具有其他用处，如生物学和医学中的一个重要问题就是细胞内DNA和RNA的追踪，而最近CRISPR已经开始在这方面有所应用。Rotello实验室的另一名研究人员Moumita Ray说道：“我们的新方法可以准确地监控Cas9蛋白在细胞内的运动，这将为基因组研究创造新的机会。”

原文出处：

Over coming hurdles in CRISPR gene editing to improve treatment

https://phys.org/news/2017-02-hurdles-crispr-gene-treatment.html

研究原文：

Direct Cytosolic Delivery of CRISPR/Cas9-Ribonucleoprotein for Efficient Gene Editing

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