使用脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送的mRNA疫苗在抗擊COIVD-19大流行中獲得巨大成功，同時(shí)也突出了mRNA技術(shù)的醫(yī)療和社會(huì)效益。不僅如此，mRNA還可以用來誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生外源蛋白，用于免疫治療和基因編輯等等。在基因編輯中，確保病變細(xì)胞中特定的目標(biāo)編輯和避免改變其他非目標(biāo)細(xì)胞的基因組是至關(guān)重要的。值得注意的是，通過靜脈注射輸送的LNP有很大一部分（30-90%）會(huì)富集在肝臟中，這阻礙了非病毒載體在肝臟以外的組織中進(jìn)行編輯基因等治療手段的發(fā)展。近日，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究人員在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表題為：Augmented lipid-nanoparticle-mediated in vivo genome editing in the lungs and spleen by disrupting Cas9 activity in the liver 的研究論文。該研究表明，通過脂質(zhì)納米顆粒（LNP）將兩種寡核苷酸（干擾sgRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的寡核苷酸、靶向Cas9-mRNA的siRNA）遞送到肝臟，破壞肝臟細(xì)胞中的脫靶編輯，從而提高了肝外組織和器官中CRISPR-Cas基因組編輯的特異性。該研究的通訊作者 James Dahlman 教授及其團(tuán)隊(duì)首先開發(fā)出了抑制性的抗CRISPR寡核苷酸，并在小鼠主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞插入突變模型中證實(shí)，該抗CRISPR寡核苷酸可以與sgRNA相互作用，減少Cas9介導(dǎo)的基因組編輯活性。進(jìn)一步的研究闡明了抗CRISPR寡核苷酸的作用機(jī)制：抗CRISPR寡核苷酸破壞了sgRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，阻止了sgRNA與Cas9的結(jié)合，從而減少了脫靶編輯。為了研究抗CRISPR寡核苷酸是否可以用來減少肝臟中的脫靶編輯，研究團(tuán)隊(duì)首先給穩(wěn)定表達(dá)Cas9-GFP融合蛋白的小鼠遞送兩種不同的LNP，一種LNP攜帶抗CRISPR寡核苷酸，另一種則攜帶無序寡核苷酸。兩小時(shí)后，他們用同樣的LNP處理了同樣的小鼠，但卻封裝了靶向GFP基因位點(diǎn)的sgRNA。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與無序寡核苷酸相比，抗CRISPR寡核苷酸將肝臟中因脫靶編輯導(dǎo)致的插入突變頻率降低了兩倍以上。通訊作者 James Dahlman 教授表示：“在向小鼠注射LNP的前兩個(gè)小時(shí)，含靶向GFP-sgRNA的抗CRISPR寡核苷酸的LNP降低了肝臟細(xì)胞的插入突變的頻率，但在肺部細(xì)胞和無序寡核苷酸LNP中則沒有這種效果?！?/section>
為了進(jìn)一步減少脫靶基因組編輯，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了包含5個(gè)小干擾RNA（siRNA）結(jié)合位點(diǎn)（在3'非翻譯區(qū)域）的Cas9-mRNA，并在在永生化小鼠主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞模型和小鼠模型中證實(shí)，siRNA與Cas9-mRNA的結(jié)合激活了內(nèi)源性RNA干擾的細(xì)胞過程，導(dǎo)致mRNA降解，從而有效減少肝細(xì)胞因CRISPR基因編輯而引起的插入突變。更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們將抗CRISPR寡核苷酸和siRNA聯(lián)合使用后，可以進(jìn)一步減少肝臟細(xì)胞中發(fā)生脫靶基因編輯。不僅如此，研究人員用另一種遞送系統(tǒng)（GalNAc）和肺部炎癥小鼠模型復(fù)制了這些發(fā)現(xiàn)。總的來說，這項(xiàng)研究證實(shí)，可以通過抗CRISPR寡核苷酸和siRNA來減少LNP遞送的CRISPR基因編輯系統(tǒng)在肝臟細(xì)胞中導(dǎo)致的脫靶編輯。在當(dāng)下，大多數(shù)基因組編輯技術(shù)需要多個(gè)組件。因此，對(duì)LNP的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以順序或同時(shí)傳遞每種成分，對(duì)治療性體內(nèi)基因組編輯在人類中的安全應(yīng)用至關(guān)重要。除了基因組編輯，核酸遞送還可以用來治療癌癥和其他疾病，此外，LNP通過活性或內(nèi)源性靶向優(yōu)先進(jìn)入特定的器官和細(xì)胞類型，并可以提供多種核酸，這可能有助于基因編輯在新疾病環(huán)境中的應(yīng)用。
