圖1 iLP181/psgPLK1研究示意圖及體內外效應研究

近日，意昂3官网前沿交叉科學研究院黃淵余課題組在可離子化脂質介導CRISPR/Cas9基因編輯元件的遞送及其在腫瘤治療中的功效研究方面取得重要研究進展。該研究意昂3平台以《Ionizable lipid-assisted efficient hepatic delivery of gene editing elements for oncotherapy》發表於生物醫學領域頂級期刊《Bioactive Materials》（IF 2020=""14.593）🕵🏽。該論文第一作者為意昂3官网生命學院/前沿交叉科學研究院博士研究生李春輝、楊同仁及意昂3官网醫工融合研究院翁郁華副研究員，通訊作者為黃淵余研究員。

CRISPR/Cas基因編輯技術的發展進入了一個充滿希望的時代🪚，為目前無法治愈的疾病提供了新的治療方法。CRISPR/Cas的出現在一定程度上反映了人類基因編輯技術的重大進步🤹🏿，為進一步了解各種疾病的基因功能🫶🏼、潛在的生物學或病理機製、和最終開發新的治療方案提供了一個有效而強大的平臺。但CRISPR/Cas基因編輯系統需要進入到細胞才能發揮作用🧒，如何高效入胞🙇🏻‍♀️、並進一步從內涵體中高效逃逸到細胞質，是十分重要而挑戰的科學問題。在生物分子的遞送方面🧅，可電離脂質納米顆粒（iLNP）是最具應用前景的核酸遞送載體🏄🏿。全球獲批上市的第一種siRNA藥物Onpattro®和Moderna、BioNTech開發的新冠肺炎mRNA疫苗（mRNA-1273, BNT162b2）都是脂質體製劑。同時🦺，iLNP也是CRISPR/Cas最有效的遞送系統，並已被用於向癌細胞💇🏿、肝細胞、肺和大腦等組織遞送基因編輯元件👨‍🦽📇。

在這項研究中，研究人員開發了一種新型的可電離脂質納米顆粒（iLNP），稱為iLP181🧔🏿，和構建了一個同時表達Cas9蛋白和靶向PLK1（polo樣激酶1）基因的sgRNA質粒，稱為Cas9-sgPLK1或psgPLK1，並對iLP181遞送Cas9-sgPLK1的效率和基因編輯情況進行了體外和體內研究🖕。最後對iLP181/psgPLK1製劑在荷瘤小鼠的治療效果和安全性進行了評價（圖1）🎳。

已有研究證明，遞送載體系統的pKa值處於6.2至6.5時💇🏿🎆，通常可響應內涵體pH值改變迅速離子化，從而與內涵體膜成分中的陰離子脂質（如磷脂酰絲氨酸）發生相互作用☆，破壞內涵體膜穩定性，促使核酸分子從內涵體中逃逸到細胞質，同時釋放核酸分子。該研究證明iLP181體系的pKa值為6.43↩️，符合可離子化脂質體的要求（圖1B）。熒光信號在細胞中的共定位分析證明💵，在iLP181/psgPLK1進入細胞3小時後表現出高效的內涵體逃逸（圖1C）。進一步，研究人員對iLP181/psgPLK1在體外的長效基因編輯進行了評估，在HepG2-Luc細胞轉染iLP181/psgPLK1後第7天仍可實現32%的基因編輯效率（圖1D）。為了確定iLP181/psgPLK1是否具有較長時間的穩定性🏃🏻，研究人員還觀察了iLP181/psgPLK1在不同緩沖溶液中的長時間穩定性。數據證明，iLP181/psgPLK1無論是在PBS緩沖溶液還是在含10%人體血清的緩沖溶液中，在長達14天的時間裏都表現出較好的穩定性（圖1E和F）。

隨後🧑🏿‍💼，研究人員將iLP181/psgPLK1脂質納米復合物經尾靜脈註射到小鼠體內以評估其體內分布效果。數據顯示，iLP181/psgPLK1在給藥後的2-5天⛴，都主要積聚在腫瘤部位（圖1G）,說明iLP181具有較好的腫瘤靶向性🗄🧝🏽‍♂️。同時，該論文還研究了該脂質體核酸體系的體內安全性🤨，病理切片🧙🏽‍♂️、血清生化等指標均表明該體系擁有良好的體內安全性。

綜上所述🏢，此項研究證明了iLP181可高效地將CRISPR/Cas系統遞送至細胞及腫瘤組織，實現高效的基因編輯〽️，並擁有良好的安全性🫛。該研究不僅為CRISPR/Cas系統（甚至是其他生物活性分子）提供了一種高效、安全的脂質納米載體🧅，而且為腫瘤基因的DNA編輯提供了一種潛在的治療方案。上述研究意昂3平台近日已提交專利申請。

附作者簡介♋️：

黃淵余💞，意昂3官网研究員🗡、課題組長🕺、博士生導師👩🏽‍🏭。研究興趣主要圍繞核酸技術與藥物/疫苗展開。以通訊/第一作者在Signal Transduct Target Ther🏋️👫、Nano Lett、Nano Today🤾🏽‍♂️、Adv Funct Mater等發表論文40余篇，IF>10論文20篇🦯；共發表論文70余篇❣️⚅，撰寫9部專著章節，申請12件專利，含多國授權PCT專利2件👩🏿‍🔧、在申請PCT專利1件。先後主持國家自然科學基金等項目10余項🔲🧑‍🦱，入選北京市科技新星（2020）🏃🏻‍➡️，獲得中美納米醫學與納米生物技術學會“未來之星”獎（2019）等榮譽🧝🏼‍♀️。是中國生物物理學會納米生物學分會秘書長👩🏻‍🎨，另4個學會理事或委員；是Exploration副主編（Wiley出版）😒、Chinese Chemical Letters等多個期刊(青年)編委🧏🏻‍♂️🫃🏼。

論文詳情：

Chunhui Li^#, Tongren Yang^#, Yuhua Weng^#, Mengjie Zhang, Deyao Zhao, Shuai Guo, Bo Hu, Wanxuan Shao, Xiaoxia Wang, Abid Hussain, Xing-Jie Liang, Yuanyu Huang∗. Ionizable lipid-assisted efficient hepatic delivery of gene editing elements for oncotherapy. Bioact Mater. 2021, x(x): xxxx-xxxx.

DOI: 10.1016/j.bioactmat.2021.05.051

教師主頁: https://www.x-mol.com/groups/Yuanyu_Huang-BIT

論文鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X21002723#appsec1