基于纳米技术的CRISPR/Cas9基因编辑系统在癌症治疗中的应用

CRISPR/Cas9系统引发了一场基因组编辑的革命，在治疗癌症方面具有巨大的潜力。尽管具有潜在的优势，但将CRISPR/Cas9技术转化为临床基因组编辑应用的主要障碍是遗传物质安全高效地转运到肿瘤中。最近，非病毒纳米技术已被开发用于传递CRISPR/Cas9。通过对非病毒纳米载体的合理修饰，显著提高了CRISPR/Cas9系统的递送效率，从而大大提高了肿瘤治疗的疗效。

　　

本文由Changyang Gong教授和博士生Shiyao Zhou撰写。首先，他们阐述了CRISPR/Cas9系统的机制。CRISPR/Cas9系统由Cas9蛋白和单链定向RNA (sgRNA)组成。在原间隔邻近基序(PAM)的存在下，sgRNA准确地将Cas9内切酶引导到靶区，在那里它引起DNA双链断裂(DSBs)，导致位点特异性基因组变化。内源性DNA修复可以在DSB产生后通过两种主要的基因组编辑途径进行:非同源末端连接(NHEJ)或同源定向修复(HDR)。

科学家利用Cas9在sgRNA的指导下靶向特定DNA序列的生物学特性，进一步开发了基于dCas9的基因靶向激活和基因靶向抑制工具，分别称为CRISPRa和CRISPRi。

接下来，概述了三种形式的CRISPR/Cas9 cargo的特征。CRISPR/Cas9系统的三种递送形式分别是质粒、mRNA/sgRNA和核糖核蛋白(RNP)复合物，每种递送形式都有其优缺点。然而，无论载荷形式如何，CRISPR/Cas9穿透靶细胞都是具有挑战性的。因此，开发一种有效的CRISPR/Cas9递送纳米技术策略至关重要。

然后，综合总结了这三类治疗癌症的基于纳米技术的输送技术。尽管病毒载体是CRISPR/Cas9系统最常用的传递载体，但由于包装容量有限、免疫原性高、缺乏组织靶向性等缺点，它们的应用受到限制。纳米载体，包括阳离子脂质纳米颗粒、阳离子聚合物/多肽纳米颗粒、无机纳米材料、DNA纳米结构、金纳米颗粒和外泌体或细胞外囊泡，目前是CRISPR/Cas9系统的有希望的递送方法。

以阳离子脂质为基础的非病毒载体为例，阳离子脂质载体可以通过静电相互作用加载CRISPR/Cas9系统。此外，可以通过配体修饰或结构修饰来增强载体的靶向性，促进细胞摄取，提高递送效率。响应性纳米载体在特定的细胞内环境或细胞外信号的触发下，也可以实现CRISPR/Cas9的特异性释放，实现时空可控的基因编辑。这些基于纳米技术的智能递送系统显著提高了CRISPR/Cas9系统的肿瘤治疗能力，显著降低了其脱靶效应。

最后，他们还就基于纳米技术的CRISPR/Cas9系统递送的未来研究方向提供了新的见解。利用CRISPR/Cas9纳米技术进行基因编辑是癌症治疗领域的一个新的曙光。CRISPR/Cas9非病毒载体的不断优化和完善显示出其在肿瘤治疗领域的巨大研究和应用潜力。尽管如此，大多数研究仍处于早期阶段。此外，CRISPR/Cas9在分子水平上还有许多未解决的问题。综上所述，基于CRISPR/Cas9的个性化靶向治疗可能是肿瘤治疗的未来，为肿瘤治疗带来新的希望。