远程控制基因编辑平台
来源：科技日报&深圳市合成生物学协会
近期，宋玉君课题组，林友辉课题组和王玉珍课题组在《Science Advances》发表了题为“Near-infrared upconversion–activated CRISPR-Cas9 system: A remote-controlled gene editing platform”近红外上转换激活CRISPR-Cas9系统：远程控制基因编辑平台。
作为一种RNA引导的核酸酶，CRISPR-Cas9提供了方便且前景广阔的解决方案，介导基因组修饰的通用性和高精度。然而，CRISPR-Cas9基因传输的时空调控，使其在体内和体外显示出基因编辑的强大效果，仍然是一项艰巨的挑战。
本研究设计了一种基于上转换纳米颗粒(UCNPs)的近红外(NIR)光响应的CRISPR-Cas9纳米载体用于癌症治疗。
实验的触发装置就在于两种光——近红外光和紫外光。近红外光和紫外光具有特殊的性质，前者可以穿透人体组织到达目标位置，后者则可以实现切断光敏分子。暴露在近红外光下，这些纳米粒子吸收低能近红外辐射并将其转化为可见的紫外光，能够自动打开纳米粒子和Cas9蛋白之间的“锁”，使Cas9蛋白进入细胞核，从而实现对靶点基因精准敲除，诱发肿瘤细胞凋亡。
该团队从基因、蛋白及细胞等多个角度对该体系的有效性进行了验证，在对荷瘤小鼠进行治疗的过程中团队发现，只有近红外光照射实验组的肿瘤得到了有效抑制，且从20天后取下的肿瘤大小来看，实验组肿瘤远远小于对照组。该团队从基因、蛋白及细胞等多个角度对该体系的有效性进行了验证，在对荷瘤小鼠进行治疗的过程中团队发现，只有近红外光照射实验组的肿瘤得到了有效抑制，且从20天后取下的肿瘤大小来看，实验组肿瘤远远小于对照组。
总的来说，这种外源控制的方法在深层组织的靶向基因编辑和治疗各种疾病方面展现出巨大的潜力。
该技术为非病毒载体在基因工程上的运用打开了另一扇门。一旦未来这项技术能够实现临床，肿瘤尤其是实体瘤就能实现无创治疗，帕金森症、糖尿病等患者也能从这项技术中受益。
Results
•Design of NIR-controlled release vehicle for delivery of Cas9-sgRNA
•NIR light–controlled release of CRISPR-Cas9
•NIR light–activated genome editing in vitro
•In vitro study of NIR light–activatedgene therapy
•Therapeutic effect of NIR light-triggered Cas9 release in vivo
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Fig. 1 Design of the UCNP-basedCRISPR-Cas9 delivery system for NIR light–controlled gene editing.
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Fig. 2 Characterization of the nonviral nanovehicles.
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Fig. 3 NIR light–controlled releaseof Cas9 for gene editing.
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Fig. 4 NIR-mediated gene editing induced apoptosis of A549 cells.
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Fig. 5 The drug administration in axenograft model of A549 cells.
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