脂质纳米颗粒将CRISPR基因编辑药物选择性送达肺部细胞 为囊性纤维化注入新生命

脂质纳米颗粒将CRISPR工具直接传递到肺干细胞，为治疗遗传疾病提供了新的治疗途径。

　　

2019年，美国食品和药物管理局批准了Trikafta用于囊性纤维化（CF）患者，这些患者具有一种最常见的致病突变，导致产生一种囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）的错误折叠形式。Trikafta包含elexacaftor、tezacaftor和ivacaftor，联合作用有助于水合和清除呼吸道粘液，促进CFTR蛋白运输盐和水穿过细胞膜的能力，提高细胞表面CFTR蛋白的数量和功能。

然而，CFTR基因发生其他突变的人，包括那些根本无法产生蛋白质的突变的人，不能从这种药物中受益。“因此，人们对基因疗法产生了兴趣，”德克萨斯大学西南医学中心的化学家Daniel Siegwart,说。目前的基因治疗方法包括将纠正突变的基因编辑工具直接输送到肺细胞中。然而，这些工具通常是通过吸入的方式给药的，在进入细胞的过程中，它们很难穿过粘稠的粘液

现在，Siegwart和他的团队在《科学》杂志上发表的一篇论文中表明，脂质纳米颗粒（LNPs）通过静脉注射成功地将基因编辑工具输送到所有肺细胞类型，包括干细胞。这种方法在CF小鼠模型和患者细胞中实现了长期的基因校正。基于脂质纳米颗粒的系统为将基因编辑工具输送到特定组织提供了新的治疗途径。

Siegwart和他的团队想要评估一种能够特异性到达肺细胞并避免脱靶效应的递送系统。为此，他们使用了一种他们之前描述的称为选择性器官靶向（SORT）的策略，该策略使用工程化LNPs （SORT LNPs）携带基于CRISPR的基因编辑机制，通过调整一种补充分子的浓度，Siegwart团队可以将LNPs和它们的基因货物运送到脾脏、肝脏或肺部。在目前的研究中，研究人员着手发现肺中的哪些细胞类型接受了LNP的宝贵遗传货物。

研究人员将肺部靶向的SORT LNPs静脉注射到健康小鼠体内，这些小鼠经过基因编辑，在任何细胞中表达一种红色荧光蛋白。当Siegwart的团队从处理过的小鼠身上分离出肺组织并在显微镜下观察时，他们看到细胞均匀地发出红色的光，这表明基因编辑的广泛存在。22个月后，他们观察到细胞仍然呈红色，突出了输送系统的耐久性。

为了了解哪些细胞类型经历了持久的编辑，他们分离出肺细胞并进行了流式细胞术分析。他们发现了多种细胞类型，包括上皮细胞、免疫细胞和干细胞。这些实验表明，基因编辑在45%到80%的干细胞中持续存在。

虽然LNPs进入干细胞的能力并没有让Siegwart感到惊讶，但他没有预料到基因编辑会持续这么长时间。“我差点从椅子上摔下来，”他说。他解释说，持续的编辑为单一治疗打开了大门。

虽然他们知道他们的系统是针对肺部的，但他们并不知道它是如何实现的。Siegwart和他的团队之前已经证明，在注射到体内后，SORT LNPs与血浆蛋白结合，这有助于它们到达目标细胞。为了研究这些LNP是如何在肺部聚集的，研究人员研究了LNP注射后包裹在其表面的蛋白质。他们发现这种颗粒富含玻粘连蛋白（vitronectin），这种蛋白质的受体存在于几种肺细胞类型中。

配备了有效的输送系统后，Siegwart和他的团队开始测试该系统在遗传性疾病中的治疗潜力。为此，他们使用了一种携带CFTR基因突变的小鼠模型。静脉注射携带针对这种突变的基因编辑器的SORT LNPs，使得几乎一半的肺细胞中成功纠正突变。

为了在与人类相关的环境中测试该系统，研究人员使用了从CF患者分离的肺细胞，该患者携带CFTR基因突变，对现有的小分子治疗具有抗性，并在模拟人类气道生物学的条件下培养这些细胞。通过DNA测序评估，携带靶向CFTR突变的CRISPR编辑器的LNPs对这些细胞进行处理，导致其在很少脱靶编辑的情况下得到纠正。为了观察这种修正是否转化为蛋白质水平，研究人员进行了免疫印迹和化学分析，结果显示CFTR水平和功能的恢复。

Siegwart说：“使用纳米颗粒只递送到体内一种细胞的目标是不可能实现的梦想。”他认为，研究人员应该把重点放在最大化靶细胞的富集上，同时研究向其他细胞类型的输送。Siegwart和他的团队设计了他们的系统，使LNP在非目标组织中的积累最小化。

“这非常令人兴奋，”俄勒冈州立大学的药物输送科学家Gaurav Sahay说。据他介绍，LNPs将基因编辑机制传递给肺干细胞的能力是该领域的一个重大突破。他说：“这项研究的下一步是证明你可以在高等动物，比如非人类灵长类动物身上做到这一点，并安全地静脉注射基因编辑器。”

“我们渴望与其他研究人员合作，他们已经在不同物种中开发了CF模型，”Siegwart说。尽管他希望LNPs最终能进入临床试验，但他说这可能需要时间。“我们离临床现实还很远。”但如果这种方法可以应用到人类身上，就可以实现终身治疗。