Группа исследователей из Северо-Западного университета разработала новую платформу для редактирования генов, которая может дать информацию о будущем применении почти безграничной библиотеки терапевтических средств на основе CRISPR.

Используя химический дизайн и синтез, команда объединила технологию, получившую Нобелевскую премию, с терапевтической технологией, созданной в их собственной лаборатории, чтобы преодолеть критические ограничения CRISPR. В частности, новаторская работа обеспечивает систему для доставки груза, необходимого для создания машины редактирования генов, известной как CRISPR-Cas9. Команда разработала способ превратить белок Cas-9 в сферическую нуклеиновую кислоту (СНК) и загрузить его критическими компонентами, необходимыми для доступа к широкому спектру типов тканей и клеток, а также к внутриклеточным компартментам, необходимым для редактирования генов.

Исследование, опубликованное сегодня в статье под названием «CRISPR Spherical Nucleic Acids» в публикации Journal of the American Chemical Society, показывает, как CRISPR SNA могут доставляться через клеточную мембрану в ядро, сохраняя при этом биологическую активность и редактирование генов. возможности.

Работа основана на 25-летних усилиях пионера нанотехнологий Чада А. Миркина, который руководил исследованием, чтобы раскрыть свойства SNA и факторы, которые отличают их от их хорошо известного линейного родственника, чертежа жизни. Миркин известен своим изобретением SNA, структур, обычно состоящих из сферических наночастиц, плотно покрытых ДНК или РНК, что придает им химические и физические свойства, радикально отличающиеся от форм нуклеиновых кислот, встречающихся в природе.

Миркин является профессором химии им. Джорджа Б. Ратмана в Колледже искусств и наук Вайнберга на Северо-Западе и директором Международного института нанотехнологий. Миркин также является профессором химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии в Инженерной школе Маккормика и профессором медицины в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета.

Существует множество классов SNA с ядрами и оболочками разного химического состава и размера, и SNA в настоящее время оцениваются как сильнодействующие терапевтические средства в шести клинических испытаниях на людях, в том числе для лечения изнурительных заболеваний, таких как мультиформная глиобластома (рак мозга) и различных видов рака кожи. .

Эти новые наноструктуры открывают перед исследователями путь к расширению области применения CRISPR за счет значительного расширения типов клеток и тканей, к которым может быть доставлен механизм CRISPR. Мы уже знаем, что SNA обеспечивают привилегированный доступ к коже, мозгу, глазам, иммунной системе, желудочно-кишечному тракту, сердцу и легким. Когда этот тип доступа будет сочетаться с одним из самых важных нововведений в биомедицинской науке за последнюю четверть века, последуют хорошие вещи».

Чад А. Миркин , профессор химии Джорджа Б. Ратмана, Колледж искусств и наук Вайнберга, Северо-Западный университет

В этом текущем исследовании команда Миркина использовала Cas9, белок, необходимый для редактирования генов, в качестве ядра структуры и прикрепляла нити ДНК к его поверхности, чтобы создать новый тип SNA. Кроме того, эти SNA были предварительно загружены РНК, способной выполнять редактирование генов, и слиты с пептидами, чтобы контролировать их способность преодолевать компартментальные барьеры клетки, тем самым максимизируя эффективность. Эти SNA, как и другие их классы, эффективно проникают в клетки без использования агентов трансфекции (которые часто необходимы для доставки генетического материала в клетки) и демонстрируют высокую эффективность редактирования генов от 32% до 47% в нескольких линиях клеток человека и мыши.

В исследовательскую группу входили аспиранты-исследователи Чи Хуанг, Чжэнью (Генри) Хан и Майкл Эвангелопулос. Их исследование было поддержано Национальным институтом рака Национальных институтов здравоохранения, Фондом Шермана Фэйрчайлда, стипендией доктора Джона Н. Николсона и Общественным благотворительным фондом Александра С. Онассиса.