华西医学期刊出版社
标题
  • 标题
  • 作者
  • 关键词
  • 摘要
高级搜索

四川大学华西医院肿瘤生物治疗研究室魏于全、巩长旸和姚少华团队:人工病毒递送CRISPR/Cas9基因编辑系统用于小鼠体内基因编辑



四川大学华西医院肿瘤生物治疗研究室魏于全教授、巩长旸研究员和姚少华研究员团队于2017年1月在ACS Nano(影响因子:13.903)发表文章“Artificial Virus Delivers CRISPR-Cas9 System for Genome Editing of Cells in Mice”(点击下方二维码即可阅读原文)。



CRISPR/Cas9系统是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。经过科学家们的一系列改造以后,CRISPR/Cas9成为新一代基因编辑工具,可以对靶基因进行特定修饰,具有广阔的应用前景。但目前,其体内应用仍存在诸多问题,也使其临床转化受到局限。


为了解决CRISPR/Cas9系统体内递送遇到的难题,华西医院肿瘤生物治疗研究室魏于全教授、巩长旸研究员和姚少华研究员设计并构建了一种新型的人工病毒基因载体用于CRISPR/Cas9系统的体内递送。该人工病毒的设计受天然病毒“核-壳”结构的启发,由具有带正电的氟化小分子聚乙烯亚胺内核(PF33)和多功能的高分子外壳(RGD-R8-PEG-HA)组成。其中,内核能够对较大的CRISPR/Cas9质粒(>10 kb)进行高效负载,并对肿瘤细胞进行高效率转染,同时保护质粒逃逸溶酶体的降解。RGD-R8-PEG-HA高分子外壳带负电,可以掩蔽内核正电荷,使人工病毒在血液中更加稳定,保护核酸避免被免疫系统清除;PEG赋予人工病毒系统更长的体内循环时间;RGD和HA可靶向肿瘤高表达的整合素αvβ3和CD44受体,增加人工病毒在肿瘤部位的富集;R8可以增加肿瘤渗透深度,并提高肿瘤细胞摄取;同时肿瘤细胞溶酶体的透明质酸酶可以降解外壳中的HA,暴露出带正电荷的内核,促进溶酶体逃逸,增强基因编辑效率。


体外转染实验表明人工病毒的转染效率明显高于商用转染试剂Lipofectamine 2000和Lipofectamine 3000,且在有血清干扰情况下,其转染效率依然较高。当选择卵巢癌病人肿瘤组织高表达的MTH1基因作为治疗靶点时,人工病毒可递送CRISPR/Cas9成功敲除卵巢癌细胞中的MTH1基因,导致肿瘤细胞凋亡,抑制卵巢癌细胞增殖。在卵巢癌腹腔转移动物模型的治疗中,人工病毒可在肿瘤部位大量富集,并高效转染肿瘤细胞,使肿瘤部位的MTH1蛋白表达降低,凋亡增加,最终显著抑制了小鼠肿瘤的生长和转移,且具有较低的脱靶风险 (图1)。


图1 本研究图示


专家点评


钱志勇教授:CRISPR/Cas9系统作为新一代的基因编辑技术,已经成为从基础研究到临床应用领域非常具有潜力的基因编辑工具。但因需要编码核酶和sgRNA, CRISPR/Cas9基因编辑系统的质粒较大,一般大于10 kb,因此对其转染系统提出了较高要求。目前CRISPR/Cas9质粒常用的体内递送方式主要有水动力高压注射和病毒递送等方法。前者在注射时会造成瞬时血压升高,可能造成器官损伤,在人体内很难应用;而病毒递送可能会遇到基因组整合、免疫原性等问题,具有潜在的风险,亟待开发新型递送系统。魏于全教授、巩长旸研究员和姚少华研究员团队受到天然病毒结构启发,创新性地设计并构建了可以高效转染超大质粒(>10 kb)的人工病毒基因载体,在体内外递送CRISPR/Cas9基因编辑系统,实现小鼠体内高效基因编辑,并在肿瘤模型中取得了良好的治疗效果。该研究为CRISPR/Cas9基因编辑系统的体内应用提供了理论依据和研究基础,也为超大质粒的体内递送提供了潜在新选择。



钱志勇,博士,四川大学二级教授,四川大学华西医院肿瘤生物研究室/生物治疗国家重点实验室教授、博士生导师,国家杰出青年基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才,中国医药生物技术协会纳米生物技术分会主任委员,担任Materials ExpressJ Biomed Nanotechnol等学术期刊主编,担任Chinese Chemical LettersJ Biological Engineering副主编。针对纳米生物材料的构建及其在肿瘤治疗和组织修复中的应用进行了长期的研究,目前已经在Chem Soc RevAdv Funct MaterAdv SciACS NanoNano LettBiomaterials等学术期刊以通讯作者发表SCI论文100余篇。


作者投稿心得


CRISPR/Cas9基因编辑系统是研究前沿,目前在疾病动物模型构建、体外功能和机制研究方面有较多报道。但其体内应用,特别是疾病治疗方面报道较少。由于CRISPR/Cas9基因编辑系统的质粒较大(>10 kb),其转染效果较低。本文作者针对这一难题,查阅了大量文献,并创新性地设计并构建了可高效递送超大质粒的人工病毒基因递送系统,实现了体内靶向和高效基因编辑,并在肿瘤模型治疗中取得了较好的治疗效果。本文发表于纳米领域著名期刊ACS Nano,该期刊对论文的创新性有非常高的要求,投稿的文章约只有20%可以送外审。本文历经五轮修改,十余名审稿专家给出了非常有建设性的意见,作者针对审稿专家的意见,补充相应实验验证,最终得到了所有审稿专家的认可。


共同通信作者



魏于全,教授,博士生导师,2003年当选中国科学院院士;原四川大学副校长,华西医院临床肿瘤中心主任与生物治疗国家重点实验室主任,中国医药生物技术协会理事长,国家生物治疗协同创新中心负责人,国家综合性新药研究开发技术大平台负责人, Signal Transduction and Targeted Therapy共同主编、Human Gene Therapy 副主编、Current Molecular Medicine副主编;科技部“973” 项目首席科学家,国家自然科学基金创新研究群体负责人,教育部“长江学者奖励计划”特聘教授,1997 年国家杰出青年科学基金获得者,国家“百千万人才工程”第一、二层次人选,十五“863” 生物与农业技术领域生物工程技术主题专家组组长,十二五“863” 生物与医学领域生物技术药物主题专家组成员、原中华医学会副会长、原教育部科学技术委员会生物医学学部常务副主任。主要从事肿瘤生物治疗的基础研究、关键技术开发、产品研发及临床治疗等,有关肿瘤微环境、免疫治疗、基因治疗与靶向药物等相关研究结果已在多种国际杂志上发表SCI论文300多篇。


共同通信作者



巩长旸,博士,四川大学华西医院肿瘤生物治疗研究室/生物治疗国家重点实验室研究员、博士生导师,国家自然科学基金优秀青年基金获得者,入选主持中组部“万人计划”青年拔尖人才支持计划,四川省卫生和健康委员会学术和技术带头人,中国抗癌协会青年理事会理事,中国生物材料学会纳米生物材料分会委员会委员,中国病理生理学会免疫学专业委员会委员,中国医药生物技术协会造影技术分会委员会委员,中国抗癌协会纳米肿瘤学分会青年委员会委员,中国生物医学工程学会纳米医学与工程学分会青年委员会委员,中国生物物理协会纳米生物学分会青年委员会委员。主要研究领域为针对肿瘤治疗的新型自组装基因、疫苗和药物递送系统,以通讯或第一作者在Adv MaterAdv Funct MaterACS NanoBiomaterials等国际学术期刊发表SCI论文80余篇。


共同通信作者



姚少华,博士,研究员,博士生导师。主要研究方向是应用CRISPR/Cas9基因编辑技术进行基因功能和基因治疗研究;侧重于发展基于非病毒载体的CRISPR导入系统以及开发基于CRISPR/Cas9的新型基因编辑工具,集中于肝脏相关的肿瘤和遗传病的发病机制、基因治疗研究。多项研究结果发表在JBCACS NanoHuman Gene TherapyNeoplasiaLab Invest等期刊。近年来,主持多项国家自然科学青年基金、面上项目、863计划重点项目以及横向课题等项目。


共同第一作者


博士研究生李玲、宋林江、杨茜和刘小威为该论文的共同第一作者。



版权声明:华西微家倡导尊重和保护知识产权。欢迎转载、引用,但需取得本平台授权。如您对文章内容版权存疑,请致电028-85422587,我们会与您及时沟通处理。本站内容及图片仅供参考、学习使用,不为盈利且不作为诊断、医疗根据。


本文编辑:张 敏

本文排版:陈红梅 张洪雪

Format

Content