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装有基因编辑工具的纳米胶囊可能是许多基因疗法的有前途的平台

用于编辑遗传密码的新工具为遗传性疾病,某些癌症甚至顽固的病毒感染的新疗法提供了希望。但是将基因疗法递送到体内特定组织的典型方法可能是复杂的并且可能引起麻烦的副作用。

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员通过将基因编辑有效载荷打包成一个微小的可定制的合成纳米胶囊,解决了许多这些问题。他们今天(2019年9月9日)在Nature Nanotechnology杂志上描述了输送系统及其货物。

为了编辑细胞中的基因,编辑工具需要安全有效地在细胞内传递。“

她的实验室专门设计和构建用于靶向治疗的纳米级递送系统。

“注射基因疗法后在体内编辑错误的组织是一个令人严重关切的问题,”Krishanu Saha说道,他还是一位威斯康星大学麦迪逊生物医学工程教授和指导委员会联合主席,负责一个全国性的基因组编辑联盟,获得1.9亿美元的支持。国立卫生研究院。“如果生殖器官被无意中编辑,那么患者就会将基因编辑传递给他们的孩子和后来的每一代。”

根据Gong的说法,大多数基因组编辑是用病毒载体完成的。病毒拥有数十亿年的入侵细胞经验,并且可以选择细胞自身的机器来制造病毒的新副本。在基因治疗中,病毒可以被改变以携带基因组编辑机制而不是它们自己的病毒基因进入细胞。然后,编辑机器可以改变细胞的DNA,例如,纠正遗传密码中导致或导致疾病的问题。

“病毒载体很有吸引力,因为它们非常有效,但它们也与许多安全问题有关,包括不良免疫反应,”龚说。

新的细胞靶标也可能需要费力地改变病毒载体,并且制造定制的病毒载体可能是复杂的。

“非常困难 - 如果不是不可能的话 - 定制许多病毒载体以递送到体内的特定细胞或组织,”Saha说。

Gong的实验室涂有基因治疗有效载荷 - ;即,在Saha实验室设计的带有指导RNA的基因编辑工具CRISPR-Cas9的一个版本 - ;使用薄的聚合物外壳,得到直径约25纳米的胶囊。纳米胶囊的表面可以用诸如肽的官能团修饰,这使得纳米颗粒能够靶向某些细胞类型。

纳米胶囊在细胞外保持完整 - ;在血液中,例如 - ;当被称为谷胱甘肽的分子触发时,仅在靶细胞内分崩离析。释放的有效负载然后移动到细胞核以编辑细胞的DNA。由于纳米胶囊在细胞的细胞质内寿命短,因此有望减少非计划的遗传编辑。

该项目是UW-Madison在化学,工程,生物学和医学方面的专业知识。小儿科和眼科学教授Bikash R. Pattnaik和比较生物科学教授Masatoshi Suzuki及其团队分别使用纳米胶囊展示了小鼠眼和骨骼肌的基因编辑。

因为纳米胶囊可以冷冻干燥,所以它们可以方便地作为粉末进行纯化,储存和运输,同时为剂量控制提供灵活性。威斯康星州校友研究基金会的研究人员正在申请纳米粒子专利。

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