使用脂質納米顆粒（LNP）遞送的mRNA疫苗在抗擊COIVD-19大流行中獲得巨大成功，同時也突出了mRNA技術的醫(yī)療和社會效益。不僅如此，mRNA還可以用來誘導細胞產生外源蛋白，用于免疫治療和基因編輯等等。在基因編輯中，確保病變細胞中特定的目標編輯和避免改變其他非目標細胞的基因組是至關重要的。值得注意的是，通過靜脈注射輸送的LNP有很大一部分（30-90%）會富集在肝臟中，這阻礙了非病毒載體在肝臟以外的組織中進行編輯基因等治療手段的發(fā)展。近日，美國佐治亞理工學院的研究人員在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表題為：Augmented lipid-nanoparticle-mediated in vivo genome editing in the lungs and spleen by disrupting Cas9 activity in the liver 的研究論文。該研究表明，通過脂質納米顆粒（LNP）將兩種寡核苷酸（干擾sgRNA二級結構的寡核苷酸、靶向Cas9-mRNA的siRNA）遞送到肝臟，破壞肝臟細胞中的脫靶編輯，從而提高了肝外組織和器官中CRISPR-Cas基因組編輯的特異性。該研究的通訊作者 James Dahlman 教授及其團隊首先開發(fā)出了抑制性的抗CRISPR寡核苷酸，并在小鼠主動脈內皮細胞插入突變模型中證實，該抗CRISPR寡核苷酸可以與sgRNA相互作用，減少Cas9介導的基因組編輯活性。進一步的研究闡明了抗CRISPR寡核苷酸的作用機制：抗CRISPR寡核苷酸破壞了sgRNA的二級結構，阻止了sgRNA與Cas9的結合，從而減少了脫靶編輯。為了研究抗CRISPR寡核苷酸是否可以用來減少肝臟中的脫靶編輯，研究團隊首先給穩(wěn)定表達Cas9-GFP融合蛋白的小鼠遞送兩種不同的LNP，一種LNP攜帶抗CRISPR寡核苷酸，另一種則攜帶無序寡核苷酸。兩小時后，他們用同樣的LNP處理了同樣的小鼠，但卻封裝了靶向GFP基因位點的sgRNA。研究團隊發(fā)現(xiàn)，與無序寡核苷酸相比，抗CRISPR寡核苷酸將肝臟中因脫靶編輯導致的插入突變頻率降低了兩倍以上。通訊作者 James Dahlman 教授表示：“在向小鼠注射LNP的前兩個小時，含靶向GFP-sgRNA的抗CRISPR寡核苷酸的LNP降低了肝臟細胞的插入突變的頻率，但在肺部細胞和無序寡核苷酸LNP中則沒有這種效果?！?/section>
為了進一步減少脫靶基因組編輯，研究團隊設計了包含5個小干擾RNA（siRNA）結合位點（在3'非翻譯區(qū)域）的Cas9-mRNA，并在在永生化小鼠主動脈內皮細胞模型和小鼠模型中證實，siRNA與Cas9-mRNA的結合激活了內源性RNA干擾的細胞過程，導致mRNA降解，從而有效減少肝細胞因CRISPR基因編輯而引起的插入突變。更重要的是，研究團隊還發(fā)現(xiàn)，當他們將抗CRISPR寡核苷酸和siRNA聯(lián)合使用后，可以進一步減少肝臟細胞中發(fā)生脫靶基因編輯。不僅如此，研究人員用另一種遞送系統(tǒng)（GalNAc）和肺部炎癥小鼠模型復制了這些發(fā)現(xiàn)。總的來說，這項研究證實，可以通過抗CRISPR寡核苷酸和siRNA來減少LNP遞送的CRISPR基因編輯系統(tǒng)在肝臟細胞中導致的脫靶編輯。在當下，大多數(shù)基因組編輯技術需要多個組件。因此，對LNP的設計進行優(yōu)化，以順序或同時傳遞每種成分，對治療性體內基因組編輯在人類中的安全應用至關重要。除了基因組編輯，核酸遞送還可以用來治療癌癥和其他疾病，此外，LNP通過活性或內源性靶向優(yōu)先進入特定的器官和細胞類型，并可以提供多種核酸，這可能有助于基因編輯在新疾病環(huán)境中的應用。
