工程师创造出可将基因编辑工具提供给特定组织

作者：张馨予

生物医学研究中最杰出的最新进展之一是开发了具有高度靶向性的基因编辑方法，例如CRISPR，它可以非常精确地添加，去除或改变细胞内的基因。该方法已经过测试或用于治疗镰状细胞性贫血和多发性骨髓瘤和脂肪肉瘤等癌症，今天，其创建者Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna获得了诺贝尔化学奖。

尽管基因编辑在发现和改变基因方面非常精确，但是仍然没有办法将治疗靶向体内的特定位置。到目前为止，已测试的治疗方法包括从体内去除血液干细胞或免疫系统T细胞以对其进行修饰，然后将其重新注入患者体内以重新填充血流或重建免疫反应，这是一项昂贵且耗时的过程。

塔夫茨大学的研究人员在夏潘蒂耶(Charpentier)和杜德纳(Doudna)的成就的基础上，首次设计出一种方法，可以直接有效地将基因编辑包跨血脑屏障传递到大脑的特定区域，免疫系统细胞或特定组织，小鼠模型中的器官。这些应用可以为神经疾病，癌症，传染病和自身免疫性疾病的治疗开辟一条全新的战略路线。

在副教授徐巧冰的带领下，塔夫茨生物医学工程师团队试图找到一种包装基因编辑“试剂盒”的方法，以便可以将其注入体内以在靶细胞上而不是在实验室内完成其工作。

他们使用了脂质纳米颗粒(LNP)-脂质分子的微小“气泡”，可以包裹编辑酶并将其携带到特定的细胞，组织或器官。脂质是包括长碳尾的分子，该碳尾有助于赋予它们“油性”的稠度，而亲水性的头部则被水环境所吸引。

在头和尾之间通常还存在基于氮，硫或氧的连接。脂质将其自身排列在气泡纳米颗粒周围，其头朝向外部，尾巴朝向内向中心。

Xu的团队能够修饰这些LNP的表面，使它们最终可以“粘”在某些细胞类型上，并与它们的膜融合，然后将基因编辑酶释放到细胞中以完成其工作。

制作目标LNP需要一些化学工艺。

通过创建不同的头，尾和接头的混合物，研究人员可以首先在实验室中筛选出各种候选物，以形成针对特定细胞的LNP。然后可以在小鼠模型中测试最佳候选者，并进一步进行化学修饰以优化基因编辑酶的靶向性和向小鼠中相同细胞的递送。

“我们创造了一种围绕量身定制的包装方法，以适应包括基因编辑在内的各种潜在治疗方法。” Xu说。“这些方法借鉴了制药行业用于设计药物本身的组合化学，但我们正在将这种方法应用于设计运载工具的组件。”

通过巧妙的化学建模，Xu和他的团队在某些脂质的头部使用了一种神经递质，以帮助颗粒穿过血脑屏障，否则该屏障将无法渗透到LNP大小的分子组件。

安全有效地将药物穿过屏障并进入大脑的能力一直是医学领域的长期挑战。首先，徐的实验室将组成CRISPR试剂盒的信使RNA和酶的整个复合物运送到了活体动物的大脑目标区域。

对脂质接头和尾巴的一些轻微修饰有助于产生LNP，这些LNP可以将小分子抗真菌药两性霉素B(用于治疗脑膜炎)和与该基因结合并关闭产生与阿尔茨海默氏症相关的tau蛋白的基因的DNA片段传递到大脑。疾病。

最近，Xu和他的团队创建了LNP，以将基因编辑包递送到小鼠的T细胞中。T细胞可以帮助产生抗体，在病毒可以复制和传播之前破坏受感染的细胞，并调节和抑制免疫系统的其他细胞。

他们创建的LNP与脾脏或肝脏中的T细胞(通常位于它们的位置)融合在一起，以提供基因编辑内容，从而可以改变T细胞的分子组成和行为。这不仅是像疫苗一样训练免疫系统，而且实际上是对其进行改造以更好地抵抗疾病的过程的第一步。

与迄今为止使用病毒修饰基因组的方法相比，Xu编辑T细胞基因组的方法更具针对性，效率更高，并且可能更安全。

“通过靶向T细胞，我们可以进入免疫系统的一个分支，该分支在抵抗感染，预防癌症以及调节炎症和自身免疫方面具有巨大的多功能性。”

Xu和他的团队进一步探索了LNP可能通过途径到达体内目标的机制。在针对肺部细胞的实验中，他们发现纳米粒子注射后会在血液中吸收特定的蛋白质。

现已整合到LNP表面的蛋白质成为帮助LNP锁定其靶标的主要成分。该信息可以帮助改进未来交付粒子的设计。

尽管这些结果已在小鼠中得到证实，但徐告诫说，将需要更多的研究和临床试验来确定这种递送方法在人体中的有效性和安全性。