综述:纳米颗粒载体:CRISPR/Cas9基因编辑精准化的新时代

【字体: 时间:2025年05月28日 来源:MicroRNA

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  (编辑推荐)这篇综述系统阐述了纳米颗粒作为CRISPR/Cas9递送载体的突破性优势:可搭载大尺寸Cas9酶和复杂向导RNA(gRNA),实现传统方法难以编辑的基因组区域;其可规模化生产的特性(如聚合物/脂质纳米粒)兼具组织靶向性和光热调控潜力(如金纳米颗粒),为遗传病和癌症治疗提供了高效低毒的递送方案。

  

Abstract
CRISPR/Cas9基因编辑技术的革命性潜力在遗传疾病和癌症治疗领域已得到广泛验证,但递送效率仍是关键瓶颈。纳米颗粒载体以其独特的物理化学特性,正在重塑基因编辑的递送格局:不仅能容纳大尺寸的Cas9蛋白(如SaCas9)和多重向导RNA复合物,还能通过表面修饰实现组织特异性靶向。相较于病毒载体,聚合物纳米颗粒(如PLGA)可通过调整降解速率控制CRISPR组分的缓释,而脂质纳米颗粒(LNP)则凭借其与细胞膜相似的磷脂结构,显著提升胞吞效率并促进内体逃逸。更引人注目的是金纳米颗粒(AuNP),其表面等离子共振效应可实现近红外光控的基因编辑激活。

递送系统的突破性优势
纳米载体的核心价值体现在三个维度:首先,150-200nm的粒径范围使其能够穿透血脑屏障等生理屏障;其次,阳离子聚合物(如PEI)可通过静电作用浓缩带负电的CRISPR核糖核蛋白(RNP);再者,聚乙二醇(PEG)修饰可延长载体在血液循环中的半衰期。动物模型显示,LNP包裹的Cas9/sgRNA对肝细胞中PCSK9基因的编辑效率高达80%,且未观察到显著免疫原性。

多元化纳米平台的应用场景
不同材料体系各具特色:聚合物纳米颗粒(如壳聚糖)适合黏膜递送,在囊性纤维化气道基因校正中展现优势;脂质体-纳米金杂化系统则通过光热效应实现时空特异性编辑,在黑色素瘤模型中将靶向误差降低至0.1%。值得注意的是,新兴的DNA折纸纳米结构可编程化装载crRNA和Cas9,其原子级精度为单碱基编辑提供了新工具。

临床转化挑战与展望
尽管纳米载体已实现>95%的体外转染效率,但体内递送仍面临肝脏首过效应和溶酶体降解等障碍。最新解决方案包括:pH响应型聚合物实现溶酶体逃逸,外泌体仿生纳米载体规避免疫清除。随着GMP生产标准的建立和靶向配体(如转铁蛋白)的优化,纳米颗粒介导的CRISPR疗法有望在5年内进入III期临床试验,为镰刀型贫血等遗传病提供一次性治愈方案。

结语
从可调控释放到多重基因组编辑,纳米颗粒已超越传统递送工具的范畴,发展为智能化的基因编辑调控平台。随着材料科学与分子生物学的深度融合,下一代纳米载体或将实现表观基因组编辑和基因线路编程,真正开启精准医学的新纪元。

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