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越来越多的科学家正在使用称为CRISPR Cas9的强大的新基因编辑工具

越来越多的科学家正在使用称为CRISPR / Cas9的强大的新基因编辑工具,这项技术是从细菌中分离出来的,它有望对囊性纤维化,肌营养不良和血友病等遗传疾病进行新的治疗。但是要运作良好,必须将新的基因剪切工具安全地跨细胞膜传递到细胞核中,这一困难的过程可能触发细胞的防御并“诱捕” CRISPR / Cas9,从而大大降低了其治疗潜力。

现在,马萨诸塞州大学阿默斯特分校纳米化学专家Vincent Rotello实验室的研究人员已经设计了一种使用纳米颗粒的输送系统,以协助CRISPR / Cas9跨膜进入细胞核,同时避免被细胞机制截留。有关详细信息,请参见最新一期的ACS Nano杂志。

该实验室的实验负责人Rubul Mout说:“ CRISPR具有两个组成部分:一种称为Cas9的剪刀状蛋白,以及一种将cas9导向其靶基因的称为sgRNA的RNA分子。一旦Cas9-sgRNA对到达细胞核中的目的基因,它就可以查询其遗传错误,并借助宿主细胞的修复机制对其进行纠正。”

他指出,自从CRISPR的潜力在2012年首次被发现以来,基因编辑或基因组工程已迅速成为生物学和医学领域的热门研究课题。目的是通过操纵患病基因来治疗原本无法治愈的遗传疾病。他补充说:“但是,为实现这一目标,生物技术和制药公司一直在寻找更有效的CRISPR递送方法。”

Rotello,Mout及其同事设计的新的传递方法涉及工程化名为Cas9En的Cas9蛋白和载体纳米颗粒。Rotello说:“通过微调工程Cas9En蛋白与纳米颗粒之间的相互作用,我们能够构建这些递送载体。带有Cas9蛋白和sgRNA的载体与细胞膜接触,融合并直接将Cas9:sgRNA释放到细胞质中。”

“ Cas9蛋白还具有核引导序列,可将复合物推入目标核。关键是调整Cas9蛋白。”“我们已经将这种Cas9蛋白和sgRNA对递送到细胞核中,而没有被其束缚。我们已经使用复杂的显微镜实时观察了交货过程。”

穆特及其同事说,他们现在可以将Cas9蛋白和sgRNA对传递到培养皿中生长的90%的细胞中,编辑效率约为30%。Mout指出:“与其他方法相比,90%的胞质/核传递是一个巨大的进步。”

研究人员认为,Cas9En还可作为递送多种其他材料(例如聚合物,脂质纳米颗粒或自组装肽)的平台。Rotello说:“现在,我们已经在培养的细胞中实现了有效的基因编辑,我们的目标是在临床前动物模型中编辑基因。我们也对过继疗法的基因编辑感兴趣,在这种疗法中,从患者体内分离出患病细胞,并在实验室中通过CRISPR进行纠正,然后再传递给患者。”

除了基因编辑外,新的递送方法可能还有其他用途。例如,生物学和医学上的另一个重要问题是跟踪细胞内的DNA和RNA。最近,CRISPR被用于协助这项研究。Rotello实验室的另一位研究员Moumita Ray说:“我们的方法可以精确监控细胞内Cas9蛋白的运动,为基因组研究提供了新的机会。”

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