顾臻博士权威期刊：开发CRISPR-Cas9新型载体

　　

生物通报道   来自北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员，第一次构建并利用一种由DNA组成的纳米载体，将CRISPR-Cas9基因编辑工具传送到了细胞培养物及动物模型的细胞中。

存在于细菌和古细菌中的CRISPR-Cas系统，保护了它们抵御诸如病毒一类的入侵物。它是通过生成与入侵物特异DNA序列相匹配的，称作为CRISPR RNAs的小RNA片段来实现这一效应的。当这些CRISPR RNAs找到匹配序列时，它们会释放Cas9蛋白来切割DNA。近年来，因其作为一种基因编辑工具显示出的潜在应用——人们可以利用CRISPR RNA来识别相关DNA靶向区域，用Cas来切割它，CRISPR-Cas系统获得了研究团体极大的关注（延伸阅读：CRISPR先驱张锋Cell发表最新研究成果）。

而要让Cas9发挥作用，必须首先使之进入到细胞中。在这项研究工作，研究人员竭力证实了一种新载体在将完整的基因编辑工具——CRISPR-Cas9复合物导入到细胞中去的潜力。他们的研究论文发布在国际化学顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上。

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论文的共同资深作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系助理教授Chase Beisel说：“传统上，研究人员是将DNA传送到靶细胞中，在细胞内生成CRISPR RNA和Cas9，这限制了对其剂量的控制。通过直接传递Cas9蛋白，而非将细胞转变为Cas9工厂，我们可以确定细胞接收了这一活化编辑系统，并可减少意外编辑等问题。”

论文的共同资深作者、北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校联合生物学工程项目助理教授顾臻（Zhen Gu）说：“我们的传送载体类似于一个毛线团，因此我们将它称作为纳米线团（nanoclew）。由于这一纳米线团是由基于DNA的材料制成，它具有高度生物相容性。它还能够自组装，这使得它易于定制。”

这些纳米线团是由紧密缠绕的DNA单链构成。这一DNA与它将携带的相关CRISPR RNA部分互补，这使得CRISPR-Cas9复合物能够松散附着到纳米线团上。论文的主要作者、顾臻实验室博士生Wujin Sun说：“可以将多个CRISPR-Cas复合物附着到一个纳米线团上。”

当这一纳米线团与细胞接触时，细胞会完全吸收纳米线团——吞下它，将它包裹在称作为核内体（endosome）的保护套中。但纳米线团涂盖的正电荷聚合物可以分解核内体，让纳米线团游离于细胞内。CRISPR-Cas9复合物随后可以脱离纳米线团进入到细胞核中。一旦CRISPR-Cas9复合物到达细胞核，便启动了基因编辑。

为了测试这一纳米线团CRISPR-Cas传送系统，研究人员用它处理了癌细胞培养物和小鼠体内的肿瘤。相关癌细胞已被改造表达一种荧光蛋白。简言之，它们会发光。研究人员设计纳米线团上的CRISPR RNAs靶向癌细胞中负责生成这种荧光蛋白的DNA。如果停止发光，那么纳米线团就发挥了作用。

Beisel说：“它们确实发挥了效应。三分之一以上的癌细胞停止表达荧光蛋白。”

顾臻说：“这项研究提供了一个概念证明，还需要开展其他的研究工作——它非常具有前景。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

"Self-Assembled DNA Nanoclews for the Efficient Delivery of CRISPR–Cas9 for Genome Editing," is published in the journal Angewandte Chemie: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201506030/abstract

作者简介：

顾臻博士

美国北卡大学教堂山分校药学院、医学院，北卡州立大学工学院联合生物医学工程系药学工程学科助理教授。2003年毕业于南京大学化学化工学院化学系，同年保送至高分子科学与工程系，师从沈群东教授，于2006年获得理学硕士学位。随后赴加州大学洛杉矶分校（UCLA）学习，师从化学与生物分子工程系、化学系Yi Tang教授，于2010年获得工学博士学位。同年获聘于麻省理工学院化工系/Koch癌症复合研究中心、哈佛大学医学院，担任博士后研究员，师从药物传递、组织工程奠基人Robert Langer教授。

其研究方向包括蛋白质递药系统、生物医用高分子材料、微纳制剂及再生医学工程等。近年来在《Nature Communications》、《Nature Nanotechnology》、《Angewandte Chemie》、《Advanced Materials》、《Nano Letters》、《ACS Nano》、《Nano Today》及《Chemical Society Reviews》等刊物发表论文近60篇，撰写专章3册；同时积极开展转化研究，已申请专利20余项，成立医药科技创业公司1家。目前担任《Scientific Reports》等4种期刊编委及40余种期刊评审。其研究曾被《TIME》、《Fox News》、《Science Daily》、《C&EN》、《The Guardian》、《Daily Mail》等知名媒体报道；并被《Nature》、《Science Translational Medicine》等专业期刊点评。曾获“美国糖尿病学会青年学者奖”、“Sigma Xi协会青年教授研究奖”。