Oparty na nanotechnologii system dostarczania CRISPR/Cas9 do edycji genomu w terapii nowotworów

w badaniu opublikowany W MedComm – Biomateriały i zastosowania Profesor Zhangyang Gong i dr. Student Xiao Zhou szczegółowo wyjaśnia mechanizm systemu CRISPR/Cas9. System CRISPR/Cas9 składa się z białka Cas9 i jednoniciowego przewodnika RNA (sgRNA).

W obecności motywu sąsiadującego z protoprzerywnikiem (PAM), sgRNA precyzyjnie kieruje egzonukleazę Cas9 do regionów docelowych, gdzie powoduje pęknięcia dwuniciowego DNA (DSB), co skutkuje specyficzną dla miejsca zmianą genomową. Endogenna naprawa DNA po wygenerowaniu DSB może nastąpić poprzez dwie główne ścieżki edycji genomu: niehomologiczne łączenie końców (NHEJ) lub naprawa ukierunkowana na homologię (HDR).

Wykorzystując właściwości biologiczne Cas9, które nakierowują się na określone sekwencje DNA pod przewodnictwem sgRNA, naukowcy opracowali aktywatory nakierowujące na geny i represory nakierowane na geny oparte na dCas9, zwane odpowiednio CRISPRa i CRISPRi.

W artykule opisano właściwości trzech form ładunku CRISPR/Cas9. Trzy formy dostarczania systemu CRISPR/Cas9 to plazmidy, kompleksy mRNA/sgRNA i rybonukleoproteiny (RNP), z których każda ma swoje zalety i wady.

Jednakże niezależnie od formy ładunku, CRISPR/Cas9 ma trudności z penetracją komórek docelowych. Dlatego niezbędne jest opracowanie skutecznej strategii nanotechnologicznej na potrzeby dostarczania CRISPR/Cas9.

W tym artykule podsumowano oparte na nanotechnologii technologie dostarczania tych trzech klas terapii przeciwnowotworowych. Chociaż wektory wirusowe są najczęściej stosowanymi wektorami dostarczającymi w systemie CRISPR/Cas9, ich zastosowanie jest ograniczone przez wady, takie jak ograniczona zdolność pakowania, wysoka immunogenność i brak ukierunkowania na tkanki.

Nanonośniki, które obejmują nanocząstki kationowe na bazie lipidów, nanocząstki kationowe na bazie polimerów/polipeptydów, nanomateriały nieorganiczne, nanostruktury DNA, nanocząstki i egzosomy na bazie złota lub pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, są obecnie uważane za obiecujące metody dostarczania w systemach CRISPR. /Cass9.

Biorąc za przykład wektory niewirusowe oparte na lipidach kationowych, kationowe wektory lipidowe mogą ładować system CRISPR/Cas9 poprzez oddziaływania elektrostatyczne. Ponadto celowanie w wektory można usprawnić poprzez modyfikację ligandu lub modyfikację strukturalną w celu zwiększenia wychwytu komórkowego i poprawy wydajności dostarczania.

Wrażliwe nanonośniki, wyzwalane przez określone środowiska wewnątrzkomórkowe lub sygnały zewnątrzkomórkowe, mogą również osiągnąć specyficzne uwalnianie CRISPR/Cas9 na potrzeby edycji genów, które można kontrolować czasowo i przestrzennie. Inteligentne systemy dostarczania oparte na nanotechnologii znacznie poprawiają możliwości terapeutyczne systemu CRISPR/Cas9 w leczeniu nowotworów i znacznie ograniczają jego niepożądane skutki.

Naukowcy dostarczają nowych informacji na temat przyszłych kierunków badań nad dostarczaniem systemów CRISPR/Cas9 opartych na nanotechnologii. Edycja genów przy użyciu nanotechnologii CRISPR/Cas9 to nowy początek w dziedzinie leczenia nowotworów. Ciągłe doskonalenie i udoskonalanie wektorów niewirusowych dostarczanych za pomocą CRISPR/Cas9 pokazuje ich ogromny potencjał badawczy i aplikacyjny w dziedzinie onkologii.

Jednak większość badań jest wciąż na wczesnym etapie. CRISPR/Cas9 ma wiele nierozwiązanych problemów na poziomie molekularnym. Podsumowując, spersonalizowana terapia celowana oparta na CRISPR/Cas9 może być przyszłością onkologii i przynieść nową nadzieję w leczeniu onkologicznym.