近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院程度副教授研究組在多功能基因編輯納米載體研究中取得重要突破。該研究以“Codelivery of CRISPR-Cas9 and chlorin e6 for spatially controlled tumor-specific gene editing with synergistic drug effects”為題在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際綜合學(xué)術(shù)期刊Science Advances上。
基因編輯技術(shù)是新興的基因治療策略，具有簡(jiǎn)便易行和低成本的優(yōu)勢(shì)，在基礎(chǔ)研究和臨床治療上都展現(xiàn)出非凡的前景。目前，采用病毒載體傳輸基因編輯元件（編碼CRISPR-Cas9/sgRNA的DNA或mRNA序列）已取得令人矚目的成就，但仍面臨如何提高基因編輯特異性和多功能性的挑戰(zhàn)。非病毒納米載體具有易于大規(guī)模制備、易修飾和多功能化的特點(diǎn)，為解決上述問(wèn)題提供了有效手段。與非病毒載體傳輸質(zhì)粒DNA或mRNA進(jìn)行基因編輯相比，非病毒載體直接傳輸Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物具有更高的效率和特異性，但其傳輸載體仍較為有限，尤其缺乏多功能載體進(jìn)行腫瘤組織特異的基因編輯聯(lián)合治療。
應(yīng)用直接輸送Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物的多功能載體進(jìn)行腫瘤特異
基因編輯/光動(dòng)力聯(lián)合治療 （Cheng et al., 2020, Sci. Adv.）
針對(duì)上述難題，程度副教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種還原敏感的多功能載體材料（如上圖），載體的疏水性嵌段包載抗腫瘤光動(dòng)力藥物Ce6，攜帶NTA基團(tuán)的嵌段則通過(guò)NTA和Cas9蛋白末端His標(biāo)簽之間的特異性結(jié)合高效負(fù)載Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物，然后通過(guò)靜電組裝在外層引入靶向腫瘤組織的iRGD分子。這樣的載體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和藥物聯(lián)合輸送為實(shí)現(xiàn)腫瘤組織特異性的基因編輯和聯(lián)合治療提供了可行性。納米藥物靶向輸送至腫瘤細(xì)胞后，在近紅外光的輻照下，Ce6產(chǎn)生的活性氧使溶酶體破裂，使納米藥物從溶酶體中逃逸出來(lái)，NTA和載體聚合物之間的二硫鍵可響應(yīng)胞質(zhì)內(nèi)的谷胱甘肽等還原劑而斷裂，從而將Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物從載體上釋放出來(lái)，執(zhí)行基因編輯功能。在正常的組織中，由于沒(méi)有近紅外光的輻照，Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物難以從溶酶體中逃逸，無(wú)法執(zhí)行基因編輯的功能。通過(guò)紅外光輻照和還原敏感設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了腫瘤組織特異的基因編輯。此外，腫瘤細(xì)胞在受到Ce6所生成活性氧攻擊時(shí)，會(huì)上調(diào)Nrf2（一種活性氧代謝的關(guān)鍵蛋白）的表達(dá)，提高腫瘤細(xì)胞對(duì)活性氧的耐受性。使用靶向Nrf2基因的sgRNA，可以通過(guò)聯(lián)合輸送的Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物使Nrf2基因失活，提高腫瘤細(xì)胞對(duì)活性氧的敏感性。總而言之，通過(guò)多功能載體聯(lián)合輸送Ce6和Cas9蛋白/sgRNA復(fù)合物，一方面實(shí)現(xiàn)了腫瘤特異性的基因編輯，另一方面也實(shí)現(xiàn)了基因編輯和光動(dòng)力治療的聯(lián)合治療，協(xié)同提高了基因編輯的特異性和治療效果，為基因編輯技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)新的方向。
該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃國(guó)際合作項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金, 廣東省粵港聯(lián)合創(chuàng)新、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目基金和廣州市產(chǎn)學(xué)研專(zhuān)項(xiàng)的資助。我校材料科學(xué)與工程學(xué)院的程度副教授和哥倫比亞大學(xué)的Kam W. Leong教授為本研究的通訊作者，博士生鄧少輝為本研究的第一作者，第一單位為中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。
論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/29/eabb4005.full
