弗雷德哈钦森癌症研究中心的科学家们通过简化基因编辑指令传递给细胞的方式，朝着使基因疗法更加实用的方向迈出了一步。据Nature Materials报道，5月27日报道，他们使用金纳米粒子代替灭活病毒，安全地在HIV和遗传性血液病的实验室模型中提供基因编辑工具。
这是第一次使用载有CRISPR的金纳米粒子来编辑稀有但强大的血液干细胞子集中的基因，这是所有血细胞的来源。携带CRISPR的金纳米颗粒导致血液干细胞中的基因编辑成功，没有毒性作用。
“由于基因疗法通过临床试验并可供患者使用，我们需要更实用的方法，”资深作者，Fred Hutch临床研究部助理成员Jennifer Adair博士说，并补充说当前的表现方法全世界数百万人无法接受基因治疗。 “我想找到一些更简单的东西，这种东西会被动地将基因编辑传递给血液干细胞。”
虽然CRISPR使其更快更容易地将基因修饰精确地传递给基因组，但它仍然存在挑战。让细胞接受CRISPR基因编辑工具涉及一个小的电击，可以破坏甚至杀死细胞。如果需要精确的基因编辑，那么必须设计额外的分子来提供它们 - 增加成本和时间。
金纳米粒子是一种很有前途的替代品，因为这些微小球体的表面（大约是食盐粒度的十亿分之一）允许其他分子容易地粘附在它们上并保持粘附。
“我们设计了金纳米粒子以快速穿过细胞膜，避开细胞器，寻求破坏它们并直接进入细胞核来编辑基因，”曾与金纳米粒子合作的Fred Hutch博士后研究员Reza Shahbazi博士说。药物和基因传递七年。
Shahbazi用纯净的实验室级金制成金颗粒，并在一个小实验室瓶中作为液体。他将纯化的金混合成一种溶液，使各个金离子形成微小的颗粒，然后研究人员测量它们的大小。他们发现，一个特定的尺寸--19纳米宽 - 是最好的大和粘性足以添加基因编辑材料到颗粒表面，同时仍然足够小，细胞吸收它们。
Fred Hutch团队收拾金颗粒，添加了这些基因编辑组件（图表可用）：
一种称为crRNA的分子指南充当遗传GPS，以显示CRISPR复合物在基因组中进行切割的位置。
CRISPR核酸酶蛋白，通常被称为“基因剪刀”，可以切割DNA。最常用的CRISPR核酸酶蛋白是Cas9。但Fred Hutch的研究人员还研究了Cas12a（以前称为Cpf1），因为Cas12a在DNA中交错切割。研究人员希望这可以让细胞更有效地修复切割，同时将新的遗传指令嵌入细胞中。 Cas12a优于Cas9的另一个优点是它只需要一个分子导向，这对于纳米颗粒的空间限制很重要。 Cas9需要两个分子指南。
有关进行遗传改变的说明（“ssDNA”）。 Fred Hutch团队选择了两种遗传性遗传变异，这些变化赋予了对疾病的保护：CCR5可以预防艾滋病病毒，而γ血红蛋白可以预防血液疾病，如镰状细胞病和地中海贫血。
聚乙烯亚胺涂层使颗粒表面聚集，使其具有更多正电荷，这使它们更容易被细胞吸收。这是对使细胞采用基因编辑工具的另一种方法的改进，称为电穿孔，其涉及轻微震动细胞以使其打开并允许遗传指令进入。
然后，研究人员在其表面用称为CD34的蛋白质标记物分离血液干细胞。这些CD34阳性细胞含有产生血液的祖细胞，产生整个血液和免疫系统。
“这些细胞每天补充体内的血液，使它们成为一次性基因治疗的良好候选者，因为它将持续一生，因为细胞会替代自己，”Adair说。
在实验室培养皿中观察人体血液干细胞，研究人员发现，他们的全负荷金纳米粒子在加入后6小时内被细胞自然摄取，并且在24到48小时内他们可以看到发生基因编辑。他们观察到Cas12a CRISPR蛋白质伴侣比更常用的cas9蛋白质伴侣更能为细胞提供非常精确的遗传编辑。
在研究人员将细胞注入小鼠模型后8周，基因编辑效应达到顶峰;注射后22周，编辑的细胞仍在那里。 Fred Hutch的研究人员还在小鼠模型的骨髓，脾脏和胸腺中发现了编辑细胞，这表明这些器官中的分裂血细胞可以进行治疗，而小鼠不必再次治疗。
“我们相信我们有两种疾病的良好候选人 - 艾滋病毒和血红蛋白病 - 虽然我们也正在评估其他疾病目标，其中小的遗传变化可能产生重大影响，以及如何做出更大的遗传变化，”阿戴尔说。 “下一步是增加基因编辑在每个细胞中发生的程度，这绝对是可行的。这将使它更接近成为一种有效的治疗方法。”
在这项研究中，研究人员报告说，10％到20％的细胞接受了基因编辑，这是一个很有希望的开端，但是研究人员希望将50％或更多的细胞编入目标，他们相信这些细胞会有很好的效果。对抗这些疾病的机会。
Adair和Shahbazi正在寻找商业合作伙伴，将技术发展为人们的治疗方法。他们希望在几年内开始临床试验。
除了Adair和Shahbazi之外，其他共同作者还有Gabriella Sghia-Hughes，Jack L. Reid，Sara Kubek，Kevin G. Haworth，Olivier Humbert和Hans-Peter Kiem，Fred Hutch。 Fred Hutch的资助支持了这项研究，包括Evergreen基金和Hartwell基金会，以及国家糖尿病，消化和肾脏疾病研究所血液学合作中心的试点研究奖。
——文章发布于2019年5月27日
