Усовершенствованный CRISPR-инструментарий позволяет удаленно редактировать геном
CRISPR — лауреат Нобелевской премии инструмент для редактирования генов, который позволяет вырезать и модифицировать последовательности ДНК, включать и выключать гены или вставлять новую ДНК для исправления аномалий. CRISPR использует фермент Cas9 для разрезания и изменения ДНК.
Инженеры из Департамента биомедицинской инженерии USC имени Альфреда Э. Манна разработали усовершенствование этого инструмента, которое сделает технологию CRISPR еще более мощной с помощью сфокусированного ультразвука.
Этот инструментарий позволит точно нацеливать редактирование генов CRISPR на конкретные области, требующие лечения. Исследовательская группа уже применяет это открытие для совершенствования работы в области иммунотерапии рака. Работа опубликована в Nature Communications.
Суть открытия: Ученые создали систему, в которой активация CRISPR-белков управляется неинвазивными сфокусированными ультразвуковыми волнами. Это позволяет включать и выключать редактирование генов в нужное время и в нужном месте.
Проблема обычного CRISPR: После активации в организме он продолжает работать непрерывно, что может вызывать иммуногенность (атаку иммунной системы на клетки, содержащие Cas9), а также не позволяет контролировать процесс.
Решение: Ультразвук вызывает локальное изменение температуры в точно заданном месте (например, в опухоли). Это изменение температуры запускает производство CRISPR-молекул. После отключения ультразвука система со временем отключается сама, что дает полный контроль над процессом.
Демонстрация на модели рака:
- Атака на теломеры: Управляемый ультразвуком CRISPR нацеливается на теломеры — защитные структуры на концах хромосом. Их разрезание приводит к невозможности деления и гибели (апоптозу) раковой клетки.
- Привлечение иммунитета: Гибель клеток запускает выработку цитокинов, которые привлекают другие иммунные клетки к опухоли.
- Подключение CAR T-клеток: Система использует инженерные SynNotch CAR T-клетки, которые атакуют только раковые клетки, экспрессирующие белок CD19 (включенный с помощью CRISPR). Это снижает риск повреждения здоровых тканей.
Результаты: В исследованиях на мышах комбинация ультразвукового CRISPR и технологии CAR T-клеток привела не только к замедлению роста опухоли, но и к ее полному исчезновению.
Перспективы: Этот подход может быть применен к широкому спектру генетических нарушений, заболеваний и аутоиммунных состояний, обеспечивая беспрецедентную точность и контролируемость геномного редактирования.