多级递送纳米粒子可促进CRISPR/dCas9系统体内激活,用于抑制肿瘤生长-资讯-知识分子

多级递送纳米粒子可促进CRISPR/dCas9系统体内激活,用于抑制肿瘤生长

2018/11/09
导读
规律成簇的间隔短回文重复序列( CRISPR)及失活的相关蛋白9(CRISPR/dCas9)系统可以在不剪切宿主基因组序列的条件下精确控制内源基因表达,从而为癌症治疗提供了一种新的方法。

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多级递送纳米粒子的制备与体内递送示意图,图1


  


规律成簇的间隔短回文重复序列 (CRISPR)及失活的相关蛋白9(dCas9)系统可以在不剪切宿主基因组序列的条件下精确控制内源基因表达,从而为癌症治疗提供了一种新的方法。


尽管CRISPR/dCas9系统在医学上具有很大的应用潜力,但对于癌症治疗来说,目前存在的最大的挑战是如何将CRISPR/dCas9系统安全高效地递送至肿瘤组织。


近期,南开大学刘阳研究员与天津医科大学康春生教授合作在Advanced Science上发表文章,提出了一种多级递送纳米颗粒(MDNP),可实现CRISPR/dCas9系统的肿瘤靶向递送并且在体内恢复内源miRNA表达。


多级递送纳米颗粒被设计为核-壳结构,环境响应性聚合物构成的壳层赋予MDNP根据体内微环境呈现不同表面特性的能力,从而克服多个生理障碍将CRISPR/dCas9系统递送到肿瘤部位并被肿瘤细胞高效摄取(图1)。

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多级递送纳米粒子在体外和体内的递送效率,图2


研究人员首先使用荧光标记的质粒DNA作为模型,在体外和体内评估多级递送纳米颗粒的递送效率。与在中性条件下(pH=7.4)相比,当MDNP在酸性条件下(pH=6.5)递送时,我们可以观察到细胞对质粒DNA的摄取显着增强(图2a)。纳米粒子在小鼠体内的分布同样证实了这一结果,表明多级递送纳米颗粒具有较高的肿瘤靶向能力(图2b)。与PEI25k相比, 多级递送纳米颗粒在肝脏处的富集较少,表明PEG化的表面可以有效避免免疫系统对纳米粒子的清除。


此外,与不具有环境响应性壳层的纳米粒子相比,多级递送纳米颗粒也表现出更快和更高的肿瘤靶向能力,表明多级递送纳米颗粒表面PEG壳层的脱除确实增强了纳米粒子在肿瘤处的富集。

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多级递送纳米粒子在体外和体内上调miR-524的表达,图3


接下来,研究人员选择miR-524作为靶基因,通过CRISPR/dCas9系统激活miR-524的表达进而抑制与癌细胞增殖相关蛋白的表达。实验结果证明在肿瘤微酸性条件下用MDNP/dCas9-miR-524处理的细胞中上调miR-524水平、抑制下游蛋白表达(图3a,b),并且最终抑制肿瘤细胞的增殖(图3c)。随后通过向患有肿瘤的小鼠尾静脉注射MDNP/dCas9-miR-524,发现小鼠肿瘤中的miR-524的表达升高(图3e)、肿瘤的生长明显受到抑制(图3d),且在其他器官未产生明显的副作用(图3f)。


这些结果证实,使用多级递送纳米颗粒可在体内实现基于CRISPR/dCas9系统的基因表达调节,有望成为基于CRIPSR/dCas9系统的癌症基因疗法的新策略。

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