利用納米磁鐵對體內CRISPRCas9基因組編輯進行空間控制

在自然界中，CRISPR/Cas9通過記錄入侵者的DNA來增強細菌的免疫防御。這讓細菌能夠識別和攻擊再次到來的相同入侵者，但是科學家們一直在競相改進基因組編輯工具CRISPR/Cas9來修復導致遺傳疾病的突變并在實驗室實驗中操縱DNA。

如果科學家們能夠將這種基因組編輯工具運送到體內正確的細胞中，那么它有潛力阻止遺傳疾病。然而，障礙仍然存在，特別是在高效率地運送CRISPR/Cas9方面。人們需要在體內對細胞進行基因編輯以便治療鐮狀細胞性貧血、肌營養不良和囊性纖維化等疾病。但是通過空間控制將CRISPR/Cas9運送到體內靶組織中仍然是一項重大挑戰。即便在體內局部注射攜帶著CRISPR/Cas9編碼基因的病毒載體，它也可能滲漏到其他的組織和器官中，這可能是非常危險的。

在一項新的研究中，美國萊斯大學生物工程師Gang Bao及其團隊將磁性納米顆粒與一種從苜蓿環紋夜蛾（Autographa californica, 一種原產于北美洲的蛾類物種）體內獲得的病毒相結合開發出一種運送載體來運送CRISPR/Cas9，從而通過空間控制對特定組織或器官中的基因進行修飾。相關研究結果于2018年11月12日在線發表在Nature Biomedical Engineering期刊上，論文標題為“Spatial control of in vivo CRISPR–Cas9 genome editing via nanomagnets”。

源自這種病毒的圓柱形桿狀病毒載體（baculovirus vector, BV）被認為足夠大，它的直徑高達60nm，長度高達200～300納米。這種大小足夠運送長38000多個堿基對的DNA。

這些研究人員僅在需要時利用磁性納米顆粒激活這種桿狀病毒載體并運送用于基因編輯的有效載荷。為了做到這一點，他們使用了一種名為C3的免疫系統蛋白，其中，在正常情形下，蛋白C3讓桿狀病毒滅活。

Bao說，“如果我們將桿狀病毒載體與磁性納米顆粒結合在一起，那么我們就能夠通過施加磁場來克服這種失活。好處在于當我們提供這種桿狀病毒載體時，基因編輯僅發生在我們施加磁場的組織或它的一部分中。”

施加磁場允許桿狀病毒載體轉導，即一種將有效載荷引入到靶細胞中的過程。這種有效載荷也是DNA，它編碼一種報告基因和CRISPR/Cas9系統。

在測試中，桿狀病毒載體攜帶著綠色熒光蛋白或螢火蟲熒光素酶。具有這種蛋白的細胞在顯微鏡下明亮地發光，并且實驗表明在細胞培養物和實驗室動物中，利用磁鐵高效地靶向運送攜帶著有效載荷的桿狀病毒載體。

Bao指出，他的實驗室和其他的實驗室正在研究利用腺相關病毒（AAV）運送CRISPR/Cas9，但是他表示桿狀病毒載體的治療性有效載荷比AAV大約大8倍。他說，“然而，有必要讓桿狀病毒載體更高效地轉導到靶細胞中。”