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 據(jù)報道，近日，國家納米科學中心蔣興宇研究員、鄭文富研究員帶領的課題組發(fā)表了非病毒納米載體遞送的研究成果。他們開發(fā)了一系列非病毒的納米載體，這些非病毒納米載體可以高效遞送CRISPR/Cas9系統(tǒng)到體內，為拓展這一強大基因編輯技術在生命科學及和臨床應用領域的應用提供了新途徑。相關研究成果“Thermo-triggered release of CRISPR-Cas9 system by lipid-encapsulated gold nanoparticles for tumor therapy” 作為Hot paper在Angew Chem Int Ed (57, 1491, 2018)發(fā)表。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)作為基因編輯技術的弄潮兒，具有巨大的潛在應用。但是目前大部分方法都是利用病毒載體導入到生命體，所以極大地限制了其在臨床的應用前景。然而，病毒載體對宿主細胞可能產(chǎn)生致癌、致突變的風險，因此不能實現(xiàn)對CRISPR/Cas9系統(tǒng)的高效而安全的遞送已經(jīng)成為阻礙該技術臨床應用的主要瓶頸。生物材料領域的科學家嘗試著利用人工載體，例如脂質體、納米材料等把編碼的CRISPR/Cas9的質粒導入細胞。

蔣興宇研究員課題組發(fā)展了基于金納米顆粒-脂質體體系的光控釋放納米遞送系統(tǒng)。他們將金納米顆粒表面修飾TAT多肽，使納米顆粒表面帶正電荷，能夠和帶負電荷的表達Cas9蛋白和引導RNA的質粒（Cas9/sgRNA plasmid）結合，形成一個整體上帶負電荷的“納米核”，再在該“核”外包裹帶正電荷的脂質體層（DOTAP, DOPE, Cholesterol）以及PEG2000-DSPE，形成一個具有核殼結構的納米顆粒。該納米顆粒可以通過細胞的胞吞及溶酶體逃逸途徑進入細胞漿，在514納米激光照射下金顆粒和TAT之間的金-硫鍵被打開從而將修飾在金顆粒上的TAT多肽解離下來，與TAT多肽通過靜電相互作用結合的Cas9/sgRNA plasmid也隨之解離下來并在TAT多肽的指引下穿過細胞核膜進入細胞核。利用該納米載體，研究組在體外體內實現(xiàn)了對腫瘤癌基因polo-like-kinase-1(Plk-1)的靶向敲除并有效控制了腫瘤的生長和轉移。

該工作是在前期工作的基礎上發(fā)展而來的。在稍早的一些工作中，蔣興宇研究員課題組成功利用微流控系統(tǒng)高通量篩選了54種納米遞送系統(tǒng)并最終優(yōu)選了脂質體系統(tǒng)成功遞送了Cas9/sgRNA plasmid到動物體內，實現(xiàn)了對腫瘤Plk-1基因的高效敲除(NPG Asia Mater, 9, e441, 2017)；在此基礎上，他們又發(fā)展了基于金納米簇-脂質體的遞送系統(tǒng)并成功遞送Cas9蛋白和sgRNA plasmid靶向動物的Plk-1基因，實現(xiàn)了對腫瘤的有效抑制(Adv Sci, 4, 1700175, 2017)。

蔣興宇研究員課題組的系列研究工作得到了國家自然科學基金委、中科院納米先導專項以及中科院“創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃”等項目的支持。