CRISPR 搭配奈米动机与超音波 基因编辑高效率

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在癌症和罕见疾病研究中,CRISPR (Cas9/sgRNA 复合物)是一种有效的基因编辑工具,但它如何通过细胞膜传递到目标基因体,仍然有很多需要克服的地方。

近日,圣地牙哥加州大学(UC San Diego) Liangfang Zhang 博士和 Joseph Wang 博士所率领的研究团队表示,他们已经开发出一种有效的奈米动机(nanomotors),能利用超音波驱动 Cas9/sgRNA 复合物更直接且快速地标靶至目标基因,进而提升编辑的效率,本研究刊登于《应用化学》(Angewandte Chemie)期刊。

该研究团队借由可逆的二硫键将 Cas9/sgRNA 复合物连接到奈米动机的金纳米线上,也借由绿色萤光蛋白(green fluorescent protein,GFP)观察高度表现黑色素瘤(melanoma)B16F10 细胞。下一步,他们处理超音波 5 分钟,使携带 Cas9/sgRNA 复合物的奈米动机能够直接穿过 B16F10 细胞膜,甚至使奈米动机在细胞内可以加速。最后,他们发现,仅需很小浓度的 Cas9-sgRNA 复合物有效地抑制萤光,显示 Cas9/sgRNA 复合物在细胞内释放后,实现高效率的 GFP 基因剔除(knockout)。

该研究团队进一步指出,在细胞培养的 2 小时内,使用超音波处理的奈米动机的基因剔除率为 80%,而使用静态奈米线的剔除率仅有 30%。更令人印象深刻的,该奈米动机只需 0.6 奈米 Cas9/sgRNA 复合物就能进行高效率的剔除。

该研究作者也强调,有效使用超音波奈米动机作为主动运输蛋白,是相当致密系统的一部分,且该系统只使用少量和容易获得的组件就能组成。

奈米动机的细胞内传递方法克服了功能性蛋白质和 RNA 于细胞内传递的生理障碍,未来若能进一步研究跟进行临床试验,也可望大幅提升疾病的基因治疗效率。

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参考资料:
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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