在一项新的研究中，来自中国科学院和美国塔夫茨大学的研究人员开发出一种在肝脏中显著改善的递送CRISPR/Cas9基因编辑工具的方法。这种递送方法使用生物可降解的合成脂质纳米颗粒，将这些基因编辑工具递送到细胞中，精确地改变细胞的遗传密码，效率高达90%。根据这些研究人员的说法，这些纳米颗粒是迄今为止报道的最有效的CRISPR/Cas9递送工具之一，并且可能有助于克服技术障碍，使得基因编辑在一系列临床治疗应用中得以实现。相关研究结果近期发表在Advanced Materials期刊上，论文标题为“Fast and Efficient CRISPR/Cas9 Genome Editing In Vivo Enabled by Bioreducible Lipid and Messenger RNA Nanoparticles”。

图片来自Qiaobing Xu, Tufts University。

CRISPR/Cas9基因编辑系统已成为一种发现数百种基因功能的强大研究工具，而且当前正在作为一种治疗各种疾病的治疗性工具加以探索。然而，在临床应用具有可行性之前，仍然存在一些技术障碍。CRISPR/Cas9是一种大分子复合物，含有一种能够切割靶基因组序列双链的核酸酶（Cas9），以及一种对基因组进行扫描来协助这种核酸酶找到待编辑的特定序列的单向导RNA（sgRNA）。鉴于它是一种大的分子复合物，很难将CRISPR/Cas9直接递送到细胞核中，只有在细胞核中，它才能发挥它的作用。其他人已将这些基因编辑分子包装到病毒、聚合物和不同类型的纳米颗粒中以让它们进入细胞核中，但是较低的转移效率限制了它们在临床应用中的使用和效力。

这项研究中描述的脂质纳米颗粒包埋编码Cas9的信使RNA（mRNA）。一旦这些包含sgRNA的纳米颗粒的内含物释放到细胞中，细胞中的蛋白制造工厂接管这种mRNA模板，并利用这种模板表达Cas9蛋白，从而实现这种基因编辑工具的作用。这些纳米颗粒的一种独特特征在于它们是由脂肪链中含有二硫键的合成脂质制成。当这些纳米颗粒进入细胞中时，细胞中的环境破坏了二硫键而将它们拆解开，从而导致它们中的内含物快速高效地释放到细胞中。

论文共同通讯作者、塔夫茨大学生物医学工程副教授Qiaobing Xu说道，“我们才刚开始观察到CRISPR疗法在人体临床试验中的使用。这些疾病包括镰状细胞病、杜氏肌营养不良症、亨廷顿病，甚至许多癌症。我们希望这一进展将使我们朝着让CRISPR成为一种有效和实用的治疗方法的方向上又迈出了一步。”

这些研究人员将这种新方法应用于小鼠中，以便减少编码PCSK9的基因的存在，其中PCSK9的缺乏与较低的LDL胆固醇和下降的心血管疾病风险存在关联性。论文共同通讯作者、中国科学院北京分子科学国家实验室的王明（Ming Wang）教授说道，“这些脂质纳米颗粒是我们见过的最有效的CRISPR/Cas9载体之一。我们实际上能够在小鼠中以80％的效率抑制PCSK9表达，这表明它有前景用于治疗应用上。”