CRISPR 搭配奈米動機與超音波 基因編輯高效率

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在癌症和罕見疾病研究中,CRISPR (Cas9/sgRNA 複合物)是一種有效的基因編輯工具,但它如何通過細胞膜傳遞到目標基因體,仍然有很多需要克服的地方。

近日,聖地牙哥加州大學(UC San Diego) Liangfang Zhang 博士和 Joseph Wang 博士所率領的研究團隊表示,他們已經開發出一種有效的奈米動機(nanomotors),能利用超音波驅動 Cas9/sgRNA 複合物更直接且快速地標靶至目標基因,進而提升編輯的效率,本研究刊登於《應用化學》(Angewandte Chemie)期刊。

該研究團隊藉由可逆的二硫鍵將 Cas9/sgRNA 複合物連接到奈米動機的金納米線上,也藉由綠色螢光蛋白(green fluorescent protein,GFP)觀察高度表現黑色素瘤(melanoma)B16F10 細胞。下一步,他們處理超音波 5 分鐘,使攜帶 Cas9/sgRNA 複合物的奈米動機能夠直接穿過 B16F10 細胞膜,甚至使奈米動機在細胞內可以加速。最後,他們發現,僅需很小濃度的 Cas9-sgRNA 複合物有效地抑制螢光,顯示 Cas9/sgRNA 複合物在細胞內釋放後,實現高效率的 GFP 基因剔除(knockout)。

該研究團隊進一步指出,在細胞培養的 2 小時內,使用超音波處理的奈米動機的基因剔除率為 80%,而使用靜態奈米線的剔除率僅有 30%。更令人印象深刻的,該奈米動機只需 0.6 奈米 Cas9/sgRNA 複合物就能進行高效率的剔除。

該研究作者也強調,有效使用超音波奈米動機作為主動運輸蛋白,是相當緻密系統的一部分,且該系統只使用少量和容易獲得的組件就能組成。

奈米動機的細胞內傳遞方法克服了功能性蛋白質和 RNA 於細胞內傳遞的生理障礙,未來若能進一步研究跟進行臨床試驗,也可望大幅提升疾病的基因治療效率。

延伸閱讀:護肝新策略 奈米科技結合 CRISPR 關閉膽固醇基因

參考資料:
1. Hansen-Bruhn M, et al. Angew Chem Int Ed Engl. 2018 Jan 11. [Epub ahead of print]
2. https://phys.org/news/2018-02-delivery-cas9-sgrna-complex-cell-ultrasound-propelled.html

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