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麻省理工开发出安全高效的基因编辑递送体系

2017/11/16 来源:生物探索
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导读
美国麻省理工学院的研究人员已经开发出能递送CRISPR基因编辑系统的纳米颗粒,可以在小鼠中修改基因。这项技术将为包括肝脏疾病在内的许多疾病的治疗提供帮助。


图片来源 MIT

11月13日发表在Nature Biotechnology上的一篇研究文章中称,研究人员使用新的递送技术,能够在肝细胞中敲除约80%的基因,这是成年动物CRISPR曾经达到的最好成功率。文章的通讯作者Daniel Anderson说“真正令人兴奋的是,我们已经表明纳米颗粒可用于在成年动物的肝脏中永久性地编辑DNA。”

PCSK9是该研究中的一个靶向基因,其突变版本与人类罕见疾病——显性家族性高胆固醇血症有关。FDA最近批准了两个抗体药物抑制PCSK9。然而,这些抗体需要定期服用,以便在病人的余生中提供治疗。而根据麻省理工学院的研究结果,这种新的纳米颗粒在一次治疗后永久性地编辑了该基因。此项技术也为治疗其他肝脏疾病提供了希望

之前的递送手段

许多科学家正在努力开发安全和有效的方法来递送CRISPR所需的组件。在大多数情况下,研究人员依赖病毒来携带Cas9基因以及RNA引导链。然而一旦使用特定病毒,病人就会产生抗体,因此不能再次使用。另外,在一些患者中有针对该病毒预先存在的抗体。

2014年,该研究团队开发了一种非病毒载体系统,为在成年动物中用CRISPR治疗肝脏酪氨酸血症做出了第一个示范。然而,这种类型的递送需要高压注射,这种方法也会对肝脏造成一些损害。

新递送方式的设计

最新的这项研究将Cas9和RNA引导系统都使用纳米粒子递送的方法。为了递送RNAs引导链,研究人员首先必须对RNA进行化学修饰,以防止在到达目的地之前体内的酶将其分解。

分析了Cas9和RNA引导链形成的复合物结构,再找出化学修饰RNA引导链的哪些部分可以不干扰两分子的结合。基于此,研究人员创建并测试了许多可能的修饰组合。

第一作者Hao Yin 说:“我们利用Cas9和sgRNA复合物的结构做指导,通过测试找出我们可以修饰多达70%的RNA引导链。我们可以修改它并不会影响Cas9和sgRNA的结合,这种增强的修饰确实提高了活性。”

重编程肝脏

研究人员将这些修饰的RNA引导链包装到脂质纳米粒内,注射到含有编码Cas9 mRNA的纳米粒子的小鼠中去。他们先敲除了几个肝细胞表达的不同基因进行实验,但主要的注意力集中在胆固醇调节基因PCSK9上。研究人员能够消除80%的PCSK9基因,让PCSK9蛋白在这些小鼠中检测不到。他们还发现被处理小鼠的总胆固醇水平下降了35%

研究人员现在正致力于找到其他可能受益于这种方法的肝病,并将这些方法应用于患者。

Anderson说“我想通过合成的纳米粒子,可以成为一个强大的工具特异性地关闭基因,不仅针对PCSK9也可用于其他疾病。肝脏是一个非常重要的器官,也是许多人的疾病来源。如果你能重编程你的肝脏DNA,我们认为有许多疾病可以得到解决。”

参考资料

1) Structure-guided chemical modification of guide RNA enables potent non-viral in vivo genome editing

2) CRISPR-carrying nanoparticles edit the genome

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