近年來(lái)，分子靶向抑制劑和免疫療法極大地改善了癌癥治療，同時(shí)也降低了治療毒性和不良反應(yīng)。但目前多數(shù)抗癌藥物都需要重復(fù)給藥，不僅增加了治療相關(guān)的毒性和成本，而且嚴(yán)重降低了患者的生活質(zhì)量。此外，大多數(shù)類型的癌癥具有高復(fù)發(fā)率和耐藥性，因此急需開發(fā)新的治療方法。
CRISPR-Cas9基因編輯具有永久破壞腫瘤存活基因的潛力，可以克服傳統(tǒng)癌癥療法的重復(fù)劑量限制，提高治療效果。但Cas9和sgRNA的體積較大，對(duì)常規(guī)病毒和非病毒遞送系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具有一定障礙，且當(dāng)前用于非肝臟組織和腫瘤的遞送系統(tǒng)所導(dǎo)致的基因編輯率相對(duì)較低。因此，需要實(shí)質(zhì)上更高的編輯效率的新型遞送系統(tǒng)來(lái)提高癌癥治療的有效性。
近日，來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的研究人員在《Science Advances》上發(fā)表了題為CRISPR-Cas9 genome editing using targeted lipid nanoparticles for cancer therapy的研究成果，其開發(fā)了一種新型的基于脂質(zhì)納米顆粒的遞送系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)進(jìn)行CRISPR-Cas9基因組編輯的效率可達(dá)84%以上，且能明顯抑制腫瘤的生長(zhǎng)，使存活率提高80％。這一創(chuàng)新為癌癥治療和研究開辟了新途徑，并為非癌組織的靶向基因編輯提供了潛在的應(yīng)用。
DOI: 10.1126/sciadv.abc9450
脂質(zhì)納米顆粒（LNP）是臨床認(rèn)可的非病毒核酸傳輸系統(tǒng)。研究人員使用Cas9 mRNA替代質(zhì)粒DNA，并對(duì)其和sgRNA進(jìn)行修飾，以增強(qiáng)RNA穩(wěn)定性并降低免疫原性，同時(shí)設(shè)計(jì)使用了4個(gè)來(lái)自新型可電離氨基脂質(zhì)庫(kù)的可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)共封裝Cas9mRNA和sgRNA。其中L8-cLNPs(CRISPR LNP)的生物物理性質(zhì)與臨床批準(zhǔn)的LNP制劑MC3-cLNPs相似，且Cas9 mRNA和sgRNA的包封效率相比較高。對(duì)L8-cLNP破壞基因的效率和特異性進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其基因修飾率可達(dá)94%，且在非靶向基因座上的編輯率低于0.1％。
CRISPR LNP（cLNPs）的設(shè)計(jì)和構(gòu)建
PLK1是有絲分裂所需的激酶，缺乏它會(huì)導(dǎo)致G2-M期細(xì)胞周期停滯且分裂細(xì)胞死亡。為了探索cLNPs在癌癥中進(jìn)行基因組編輯的潛力，研究人員使用sgPLK1-cLNPs處理了兩種侵襲性和難治療的癌癥的癌細(xì)胞系：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和轉(zhuǎn)移性卵巢癌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該基因編輯可有效地破壞PLK1基因，在兩種癌細(xì)胞中編輯率可達(dá)84％和91％，處理48小時(shí)后兩種癌細(xì)胞系均出現(xiàn)了細(xì)胞周期停滯和死亡，并且經(jīng)治療相關(guān)劑量全身給藥實(shí)驗(yàn)確保了L8-cLNPs不存在毒性或免疫原性。
體外HEK293細(xì)胞中的治療性基因組編輯
體外膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和轉(zhuǎn)移性卵巢癌細(xì)胞的治療基因組編輯
然后，研究人員對(duì)該cLNPs在體內(nèi)的治療功效進(jìn)行了評(píng)估。將sgPLK1-cLNPs立體定向注射到已構(gòu)建的腫瘤小鼠模型中，分析其單細(xì)胞腫瘤懸液中的PLK1基因編輯效率及PLK1基因破壞引起的體內(nèi)細(xì)胞凋亡及腫瘤生長(zhǎng)抑制情況。腫瘤細(xì)胞PLK1基因座中約68％都得到了編輯，且出現(xiàn)了PLK1依賴性細(xì)胞凋亡，單次腫瘤內(nèi)注射sgPLK1-cLNPs也顯著抑制了腫瘤的生長(zhǎng)，使小鼠的中位生存期從32.5天增加到超過(guò)48天，生存率提高了30%。
膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠的治療性基因組編輯
包括轉(zhuǎn)移性或血液腫瘤在內(nèi)的多數(shù)腫瘤的治療均需要全身給藥，但大多數(shù)LNP會(huì)被困在肝臟和其他中央器官，無(wú)法被腫瘤細(xì)胞有效吸收。研究人員對(duì)靶向EGFR的sgPLK1-cLNPs在轉(zhuǎn)移性卵巢腺癌模型中的療效進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其可有效抑制腫瘤生長(zhǎng)并提高總生存率，腫瘤細(xì)胞PLK1基因座中約有82％被編輯，小鼠的總生存期提高了約80％。這也說(shuō)明，靶向性cLNPs可用于靶向治療彌漫性腫瘤。
該研究的通訊作者Dan Peer表示：“這是世界上首個(gè)證明CRISPR基因組編輯系統(tǒng)可用于有效治療活體動(dòng)物癌癥的研究。而且這不是化學(xué)療法，沒(méi)有副作用，用這種方法治療的癌細(xì)胞將永遠(yuǎn)不會(huì)再活躍。該技術(shù)也為治療其他類型的癌癥以及罕見的遺傳性疾病和艾滋病等慢性病毒性疾病開辟了許多新的可能性。”
參考資料：
[1]CRISPR-Cas9 genome editing using targeted lipid
nanoparticles for cancer therapy
110102000668（1）號(hào)