摘要：通過化學設計和合成，科學家們將獲得諾貝爾獎的技術與治療技術結合在一起，克服了CRISPR的一個關鍵限制。具體來說，這項突破性的工作提供了一種系統，可以為生成名為CRISPR-Cas9的基因編輯機器提供所需的數據。
美國西北大學的一組研究人員設計了一種新的基因編輯平臺，它可以為未來基于crispr的近乎無限的治療方法的應用提供信息。
通過化學設計和合成，該團隊將獲得諾貝爾獎的技術與他們自己實驗室誕生的治療技術結合在一起，克服了CRISPR的一個關鍵限制。具體來說，這項突破性的工作提供了一種系統，可以為生成名為CRISPR-Cas9的基因編輯機器提供所需的數據。該團隊開發了一種將Cas-9蛋白轉化為球形核酸(SNA)的方法，并將所需的關鍵成分裝入其中，以訪問廣泛的組織和細胞類型，以及基因編輯所需的細胞內分隔室。
這項研究發表在《美國化學學會雜志》上的一篇題為“CRISPR Spherical Nucleic Acids”的論文中，展示了CRISPR SNAs如何在保持生物活性和基因編輯能力的同時穿過細胞膜進入細胞核。
圖1 將Cas-9蛋白轉化為球形核酸(SNA)的方法（圖源：[1]）
這項工作建立在由納米技術先驅Chad a . Mirkin領導的25年努力的基礎上，他發現了SNAs的特性，以及將它們與著名的線性表兄弟(生命藍圖)區別開來的因素。米爾金因發明了SNAs而聞名，這種結構通常由密集覆蓋著DNA或RNA的球形納米顆粒組成，賦予它們與自然界中發現的核酸形式截然不同的化學和物理特性。
圖2 Cas9 ProSNA RNPs（圖源：[1]）
米爾金是西北大學溫伯格文理學院的喬治·b·拉斯曼化學教授，也是國際納米技術研究所的主任。米爾金還是麥考密克工程學院化學與生物工程、生物醫學工程和材料科學與工程的教授，也是西北大學范伯格醫學院的醫學教授。
SNAs有許多種類，其核心和外殼的化學成分和大小不同。目前，SNAs正在六項人類臨床試驗中被評估為有效的治療藥物，其中包括治療多形膠質母細胞瘤(腦癌)和多種皮膚癌等衰弱疾病的試驗。
Mirkin說:“這些新穎的納米結構為研究人員提供了一條途徑，通過大幅增加CRISPR機器可以傳遞到的細胞和組織類型，來拓寬CRISPR的用途范圍。”“我們已經知道sna提供了進入皮膚、大腦、眼睛、免疫系統、胃腸道、心臟和肺的特權。當這種途徑與過去四分之一世紀生物醫學最重要的創新之一相結合時，好事就會隨之而來。”
在目前的研究中，Mirkin的團隊使用了基因編輯所需的Cas9蛋白質作為結構的核心，并將DNA鏈附著在其表面，從而制造出一種新型SNA。此外，這些SNAs預先裝載了能夠進行基因編輯的RNA，并與多肽融合，以控制它們在細胞隔層屏障中導航的能力，從而最大化效率。這些SNAs，像其他種類的SNAs一樣，在不使用轉染劑(通常需要將遺傳物質傳遞到細胞中)的情況下有效地進入細胞，并在一些人類和小鼠細胞系中表現出高達32% - 47%的基因編輯效率。
圖3 基因工程Cas9蛋白GALA內切酶N-端肽結合的方案設計（圖源：[1]）
該研究團隊包括研究生研究員黃馳、韓振宇(Henry)和Michael Evangelopoulos。他們的研究得到了美國國立衛生研究院國家癌癥研究所、謝爾曼·費爾柴爾德基金會、約翰·n·尼克爾森博士獎學金和亞歷山大·s·奧納西斯公益基金會的支持。
參考資料：
[1] Chi Huang, Zhenyu Han, Michael Evangelopoulos, Chad A. Mirkin. CRISPR Spherical Nucleic Acids. Journal of the American Chemical Society, 2022; DOI: 10.1021/jacs.2c07913
摘要：通過化學設計和合成，科學家們將獲得諾貝爾獎的技術與治療技術結合在一起，克服了CRISPR的一個關鍵限制。具體來說，這項突破性的工作提供了一種系統，可以為生成名為CRISPR-Cas9的基因編輯機器提供所需的數據。
美國西北大學的一組研究人員設計了一種新的基因編輯平臺，它可以為未來基于crispr的近乎無限的治療方法的應用提供信息。
通過化學設計和合成，該團隊將獲得諾貝爾獎的技術與他們自己實驗室誕生的治療技術結合在一起，克服了CRISPR的一個關鍵限制。具體來說，這項突破性的工作提供了一種系統，可以為生成名為CRISPR-Cas9的基因編輯機器提供所需的數據。該團隊開發了一種將Cas-9蛋白轉化為球形核酸(SNA)的方法，并將所需的關鍵成分裝入其中，以訪問廣泛的組織和細胞類型，以及基因編輯所需的細胞內分隔室。
這項研究發表在《美國化學學會雜志》上的一篇題為“CRISPR Spherical Nucleic Acids”的論文中，展示了CRISPR SNAs如何在保持生物活性和基因編輯能力的同時穿過細胞膜進入細胞核。
圖1 將Cas-9蛋白轉化為球形核酸(SNA)的方法（圖源：[1]）
這項工作建立在由納米技術先驅Chad a . Mirkin領導的25年努力的基礎上，他發現了SNAs的特性，以及將它們與著名的線性表兄弟(生命藍圖)區別開來的因素。米爾金因發明了SNAs而聞名，這種結構通常由密集覆蓋著DNA或RNA的球形納米顆粒組成，賦予它們與自然界中發現的核酸形式截然不同的化學和物理特性。
圖2 Cas9 ProSNA RNPs（圖源：[1]）
米爾金是西北大學溫伯格文理學院的喬治·b·拉斯曼化學教授，也是國際納米技術研究所的主任。米爾金還是麥考密克工程學院化學與生物工程、生物醫學工程和材料科學與工程的教授，也是西北大學范伯格醫學院的醫學教授。
SNAs有許多種類，其核心和外殼的化學成分和大小不同。目前，SNAs正在六項人類臨床試驗中被評估為有效的治療藥物，其中包括治療多形膠質母細胞瘤(腦癌)和多種皮膚癌等衰弱疾病的試驗。
Mirkin說:“這些新穎的納米結構為研究人員提供了一條途徑，通過大幅增加CRISPR機器可以傳遞到的細胞和組織類型，來拓寬CRISPR的用途范圍。”“我們已經知道sna提供了進入皮膚、大腦、眼睛、免疫系統、胃腸道、心臟和肺的特權。當這種途徑與過去四分之一世紀生物醫學最重要的創新之一相結合時，好事就會隨之而來。”
在目前的研究中，Mirkin的團隊使用了基因編輯所需的Cas9蛋白質作為結構的核心，并將DNA鏈附著在其表面，從而制造出一種新型SNA。此外，這些SNAs預先裝載了能夠進行基因編輯的RNA，并與多肽融合，以控制它們在細胞隔層屏障中導航的能力，從而最大化效率。這些SNAs，像其他種類的SNAs一樣，在不使用轉染劑(通常需要將遺傳物質傳遞到細胞中)的情況下有效地進入細胞，并在一些人類和小鼠細胞系中表現出高達32% - 47%的基因編輯效率。
圖3 基因工程Cas9蛋白GALA內切酶N-端肽結合的方案設計（圖源：[1]）
該研究團隊包括研究生研究員黃馳、韓振宇(Henry)和Michael Evangelopoulos。他們的研究得到了美國國立衛生研究院國家癌癥研究所、謝爾曼·費爾柴爾德基金會、約翰·n·尼克爾森博士獎學金和亞歷山大·s·奧納西斯公益基金會的支持。
參考資料：
[1] Chi Huang, Zhenyu Han, Michael Evangelopoulos, Chad A. Mirkin. CRISPR Spherical Nucleic Acids. Journal of the American Chemical Society, 2022; DOI: 10.1021/jacs.2c07913
