近年來，分子靶向抑制劑和免疫療法極大地改善了癌癥治療，同時也降低了治療毒性和不良反應。但目前多數(shù)抗癌藥物都需要重復給藥，不僅增加了治療相關(guān)的毒性和成本，而且嚴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)癌癥療法的重復劑量限制，提高治療效果。但Cas9和sgRNA的體積較大，對常規(guī)病毒和非病毒遞送系統(tǒng)來說具有一定障礙，且當前用于非肝臟組織和腫瘤的遞送系統(tǒng)所導致的基因編輯率相對較低。因此，需要實質(zhì)上更高的編輯效率的新型遞送系統(tǒng)來提高癌癥治療的有效性。
近日，來自以色列特拉維夫大學的研究人員在《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)進行CRISPR-Cas9基因組編輯的效率可達84%以上，且能明顯抑制腫瘤的生長，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用。
DOI: 10.1126/sciadv.abc9450
脂質(zhì)納米顆粒（LNP）是臨床認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，并對其和sgRNA進行修飾，以增強RNA穩(wěn)定性并降低免疫原性，同時設計使用了4個來自新型可電離氨基脂質(zhì)庫的可電離陽離子脂質(zhì)共封裝Cas9mRNA和sgRNA。其中L8-cLNPs(CRISPR LNP)的生物物理性質(zhì)與臨床批準的LNP制劑MC3-cLNPs相似，且Cas9 mRNA和sgRNA的包封效率相比較高。對L8-cLNP破壞基因的效率和特異性進行評估，發(fā)現(xiàn)其基因修飾率可達94%，且在非靶向基因座上的編輯率低于0.1％。
CRISPR LNP（cLNPs）的設計和構(gòu)建
PLK1是有絲分裂所需的激酶，缺乏它會導致G2-M期細胞周期停滯且分裂細胞死亡。為了探索cLNPs在癌癥中進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胞系：膠質(zhì)母細胞瘤和轉(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，在兩種癌細胞中編輯率可達84％和91％，處理48小時后兩種癌細胞系均出現(xiàn)了細胞周期停滯和死亡，并且經(jīng)治療相關(guān)劑量全身給藥實驗確保了L8-cLNPs不存在毒性或免疫原性。
體外HEK293細胞中的治療性基因組編輯
體外膠質(zhì)母細胞瘤和轉(zhuǎn)移性卵巢癌細胞的治療基因組編輯
然后，研究人員對該cLNPs在體內(nèi)的治療功效進行了評估。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)細胞凋亡及腫瘤生長抑制情況。腫瘤細胞PLK1基因座中約68％都得到了編輯，且出現(xiàn)了PLK1依賴性細胞凋亡，單次腫瘤內(nèi)注射sgPLK1-cLNPs也顯著抑制了腫瘤的生長，使小鼠的中位生存期從32.5天增加到超過48天，生存率提高了30%。
膠質(zhì)母細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會被困在肝臟和其他中央器官，無法被腫瘤細胞有效吸收。研究人員對靶向EGFR的sgPLK1-cLNPs在轉(zhuǎn)移性卵巢腺癌模型中的療效進行檢測，發(fā)現(xiàn)其可有效抑制腫瘤生長并提高總生存率，腫瘤細胞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：“這是世界上首個證明CRISPR基因組編輯系統(tǒng)可用于有效治療活體動物癌癥的研究。而且這不是化學療法，沒有副作用，用這種方法治療的癌細胞將永遠不會再活躍。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