利用納米磁鐵對(duì)體內(nèi)CRISPRCas9基因組編輯進(jìn)行空間控制

在自然界中，CRISPR/Cas9通過(guò)記錄入侵者的DNA來(lái)增強(qiáng)細(xì)菌的免疫防御。這讓細(xì)菌能夠識(shí)別和攻擊再次到來(lái)的相同入侵者，但是科學(xué)家們一直在競(jìng)相改進(jìn)基因組編輯工具CRISPR/Cas9來(lái)修復(fù)導(dǎo)致遺傳疾病的突變并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中操縱DNA。

如果科學(xué)家們能夠?qū)⑦@種基因組編輯工具運(yùn)送到體內(nèi)正確的細(xì)胞中，那么它有潛力阻止遺傳疾病。然而，障礙仍然存在，特別是在高效率地運(yùn)送CRISPR/Cas9方面。人們需要在體內(nèi)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因編輯以便治療鐮狀細(xì)胞性貧血、肌營(yíng)養(yǎng)不良和囊性纖維化等疾病。但是通過(guò)空間控制將CRISPR/Cas9運(yùn)送到體內(nèi)靶組織中仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。即便在體內(nèi)局部注射攜帶著CRISPR/Cas9編碼基因的病毒載體，它也可能滲漏到其他的組織和器官中，這可能是非常危險(xiǎn)的。

在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)萊斯大學(xué)生物工程師Gang Bao及其團(tuán)隊(duì)將磁性納米顆粒與一種從苜蓿環(huán)紋夜蛾（Autographa californica, 一種原產(chǎn)于北美洲的蛾類物種）體內(nèi)獲得的病毒相結(jié)合開(kāi)發(fā)出一種運(yùn)送載體來(lái)運(yùn)送CRISPR/Cas9，從而通過(guò)空間控制對(duì)特定組織或器官中的基因進(jìn)行修飾。相關(guān)研究結(jié)果于2018年11月12日在線發(fā)表在Nature Biomedical Engineering期刊上，論文標(biāo)題為“Spatial control of in vivo CRISPR–Cas9 genome editing via nanomagnets”。

源自這種病毒的圓柱形桿狀病毒載體（baculovirus vector, BV）被認(rèn)為足夠大，它的直徑高達(dá)60nm，長(zhǎng)度高達(dá)200～300納米。這種大小足夠運(yùn)送長(zhǎng)38000多個(gè)堿基對(duì)的DNA。

這些研究人員僅在需要時(shí)利用磁性納米顆粒激活這種桿狀病毒載體并運(yùn)送用于基因編輯的有效載荷。為了做到這一點(diǎn)，他們使用了一種名為C3的免疫系統(tǒng)蛋白，其中，在正常情形下，蛋白C3讓桿狀病毒滅活。

Bao說(shuō)，“如果我們將桿狀病毒載體與磁性納米顆粒結(jié)合在一起，那么我們就能夠通過(guò)施加磁場(chǎng)來(lái)克服這種失活。好處在于當(dāng)我們提供這種桿狀病毒載體時(shí)，基因編輯僅發(fā)生在我們施加磁場(chǎng)的組織或它的一部分中?！?/span>

施加磁場(chǎng)允許桿狀病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)，即一種將有效載荷引入到靶細(xì)胞中的過(guò)程。這種有效載荷也是DNA，它編碼一種報(bào)告基因和CRISPR/Cas9系統(tǒng)。

在測(cè)試中，桿狀病毒載體攜帶著綠色熒光蛋白或螢火蟲(chóng)熒光素酶。具有這種蛋白的細(xì)胞在顯微鏡下明亮地發(fā)光，并且實(shí)驗(yàn)表明在細(xì)胞培養(yǎng)物和實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物中，利用磁鐵高效地靶向運(yùn)送攜帶著有效載荷的桿狀病毒載體。

Bao指出，他的實(shí)驗(yàn)室和其他的實(shí)驗(yàn)室正在研究利用腺相關(guān)病毒（AAV）運(yùn)送CRISPR/Cas9，但是他表示桿狀病毒載體的治療性有效載荷比AAV大約大8倍。他說(shuō)，“然而，有必要讓桿狀病毒載體更高效地轉(zhuǎn)導(dǎo)到靶細(xì)胞中?！?/span>