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针对传统被动扩散载体在实体瘤中渗透不足的问题，研究人员开发 ROS 驱动基因编辑纳米马达 RDN@PL，其以血红素为核心，搭载靶向 LDHA 的 CRISPR/Cas9 质粒。在肿瘤微环境中，该纳米马达可提升肿瘤内蓄积，诱导细胞凋亡并增强免疫，实现 93.9% 肿瘤生长抑制。
肿瘤治疗领域长期面临实体瘤药物渗透不足与免疫逃逸的双重挑战。传统基于被动扩散的 CRISPR/Cas9 递送系统，受限于肿瘤致密微环境，难以有效穿透并编辑靶基因，导致治疗效果大打折扣。与此同时，肿瘤细胞通过 Warburg 效应重塑代谢，产生大量乳酸和活性氧（ROS），不仅为自身提供能量，还会营造免疫抑制微环境，阻碍免疫细胞发挥作用。如何突破物理屏障实现精准递送，同时干预肿瘤代谢并激活免疫应答，成为攻克实体瘤的关键科学问题。
为解决上述难题，南京大学附属鼓楼医院与南京大学工程与应用科学学院、生命分析化学国家重点实验室的研究团队展开联合攻关。研究人员开发出一种 ROS 响应型基因编辑纳米马达（RDN@PL），该系统以血红素（hemin）为核心，通过自组装形成 Janus 结构，可搭载靶向乳酸脱氢酶 A（LDHA）的 CRISPR/Cas9 质粒。在《Nature Communications》发表的这项研究中，团队证实 RDN@PL 能利用肿瘤微环境中的 ROS 作为 “燃料”，通过自扩散泳动突破组织屏障，实现肿瘤内高效蓄积与基因编辑，最终通过代谢干扰与免疫激活协同抑制肿瘤生长。
研究主要采用以下关键技术方法：
- 纳米马达制备：通过壳聚糖 - 血红素（Cs-He）与壳聚糖 - 棕榈酸（Cs-Pa）的自组装及相分离，构建 Janus 结构纳米马达，并通过电穿孔加载 CRISPR/Cas9 质粒。
- 运动与靶向能力表征：利用微流控芯片、Transwell 模型及 3D 多细胞肿瘤球（3D MTS）模型，验证纳米马达的 ROS 趋化性、跨内皮穿透及深层组织渗透能力。
- 基因编辑与代谢调控分析：通过 T7E1 酶切实验、流式细胞术及 Western blot，检测 LDHA 基因敲除效率、细胞凋亡及线粒体 ROS 水平。
- 体内疗效评估：建立 C57 小鼠皮下肿瘤模型，通过 IVIS 成像、免疫组化及生存分析，验证纳米马达的肿瘤靶向性、免疫激活效果及治疗安全性。
结果分析
纳米马达的制备与表征
RDN@PL 通过 π-π 堆积形成不对称 Janus 结构，粒径约 249.8 nm，zeta 电位 - 8 mV，对质粒的包封率达 52.3%。血红素的存在赋予其 ROS 催化活性，在 H?O?溶液中可产生自扩散泳动，扩散系数达布朗运动颗粒的 5 倍，且能有效清除?OH（95.4% 清除率）。
细胞内外活性验证
在 Y 型微流控通道中，RDN@PL 可响应肿瘤细胞产生的 ROS 梯度，定向迁移至肿瘤细胞所在区域，其摄取效率达 22.1%，显著高于非运动型对照（Non-RDN@PL）。进入细胞后，RDN@PL 通过 caveolin 蛋白介导的内吞途径逃逸溶酶体，并靶向线粒体，在 HO-1 酶作用下释放 CO 和质粒，诱导线粒体 ROS 爆发及 LDHA 基因敲除。
代谢与免疫协同调控
LDHA 敲除可抑制肿瘤细胞糖酵解，降低乳酸水平（0.7 μM），同时 CO 诱导线粒体 ROS 升高，两者协同导致细胞 ATP 水平下降 90% 以上，凋亡率达 30.6%。细胞外，RDN@PL 清除 ROS 可逆转免疫原性细胞死亡（ICD）抑制，促进 HMGB1 释放及树突状细胞（DCs）成熟，使 CD8? T 细胞浸润增加近 3 倍，并减少 M2 型巨噬细胞极化及调节性 T 细胞（Treg）数量。
体内抗肿瘤效果
在 B16F10 黑色素瘤模型中，RDN@PL 组肿瘤体积抑制率达 93.9%，存活小鼠比例达 90%（60 天）。其通过 CO 介导的血管正常化作用，增强肿瘤血管灌注，同时激活全身免疫应答，对远端肿瘤亦有抑制作用。安全性评估显示，RDN@PL 主要在肝脏代谢，无明显体重下降及器官毒性。
结论与意义
该研究构建的 ROS 响应型纳米马达，通过 “细胞外 ROS 清除 - 细胞内 ROS 升高” 的 Janus 效应，实现了肿瘤代谢干扰与免疫治疗的双重调控。其创新点在于：
- 利用纳米马达自主运动突破实体瘤物理屏障，解决传统递送系统渗透不足的问题；
- 通过 CRISPR/Cas9 敲除 LDHA 与 CO 释放协同干预糖酵解和线粒体代谢，诱导肿瘤细胞凋亡；
- 重塑肿瘤免疫微环境，通过 ICD 激活与血管正常化增强免疫细胞浸润。
该策略为 CRISPR/Cas9 在实体瘤中的精准递送提供了新范式，也为开发 “代谢 - 免疫” 协同治疗的智能纳米载体奠定了基础，有望推动基因编辑与纳米医学在肿瘤治疗中的临床转化。
