Нанотехнологическая система доставки CRISPR/Cas9 для редактирования генома в лечении рака
Исследование, опубликованное в MedComm—Biomaterials and Applications под руководством профессора Чаньяна Гонга, раскрывает механизм системы CRISPR/Cas9. Эта система состоит из белка Cas9 и одноцепочечной направляющей РНК (sgRNA).
В присутствии мотива, прилегающего к протоспейсеру (PAM), sgRNA точно направляет эндонуклеазу Cas9 к целевым участкам ДНК, где она вызывает двуцепочечные разрывы (DSBs), приводящие к сайт-специфичным геномным изменениям. После создания DSB может произойти эндогенная репарация ДНК через два основных пути редактирования генома: негомологичное соединение концов (NHEJ) или репарацию, направляемую гомологией (HDR).
На основе биологических характеристик Cas9, нацеливающегося на специфичные последовательности ДНК под руководством sgRNA, были созданы инструменты активации и ингибирования генов на основе dCas9, названные CRISPRa и CRISPRi соответственно.
В работе описаны характеристики трёх форм доставки CRISPR/Cas9:
мРНК/sgRNA
Рибонуклеопротеиновые (RNP) комплексы
Каждая из этих форм имеет свои преимущества и недостатки.
Однако, независимо от формы полезной нагрузки, CRISPR/Cas9 сложно проникнуть в целевые клетки. Поэтому разработка эффективной нанотехнологической стратегии доставки CRISPR/Cas9 имеет решающее значение.
В статье обобщены методы доставки на основе нанотехнологий для этих трёх категорий в контексте лечения рака. Хотя вирусные векторы являются наиболее часто используемыми для системы CRISPR/Cas9, их применение ограничено из-за недостатков, таких как ограниченная ёмкость упаковки, высокая иммуногенность и отсутствие тканевой специфичности.
Наноносители в настоящее время рассматриваются как перспективные методы доставки для систем CRISPR/Cas9. К ним относятся:
- Наночастицы на основе катионных липидов
- Наночастицы на основе катионных полимеров/полипептидов
- Неорганические наноматериалы
- ДНК-наноконструкции
- Наночастицы на основе золота
- Экзосомы или внеклеточные везикулы
На примере катионных липидных невирусных векторов: они могут загружать систему CRISPR/Cas9 за счёт электростатических взаимодействий. Кроме того, специфичность векторов можно повысить с помощью лигандной или структурной модификации для улучшения клеточного захвата и эффективности доставки.
Чувствительные наноносители, активируемые специфичными внутриклеточными условиями или внеклеточными сигналами, также могут обеспечить контролируемое высвобождение CRISPR/Cas9 для пространственно-временного редактирования генов. Эти интеллектуальные системы доставки на основе нанотехнологий значительно улучшают противоопухолевые возможности системы CRISPR/Cas9 и заметно снижают её внецелевые эффекты.
Исследователи предлагают новые идеи относительно будущих направлений исследований в области доставки системы CRISPR/Cas9 на основе нанотехнологий. Редактирование генов с использованием нанотехнологий CRISPR/Cas9 — это новый рассвет в области терапии рака. Постоянная оптимизация и улучшение невирусных векторов доставки CRISPR/Cas9 демонстрируют его большой потенциал для исследований и применения в области онкологической терапии.
Тем не менее, большая часть исследований всё ещё находится на ранних стадиях. На молекулярном уровне у CRISPR/Cas9 остаётся много нерешённых вопросов. В заключение, персонализированная таргетная терапия на основе CRISPR/Cas9 может стать будущим терапии опухолей и принести новую надежду для лечения рака.