Steeds meer wetenschappers gebruiken de krachtige nieuwe tool voor het bewerken van genen, bekend als CRISPR/Cas9. een technologie geïsoleerd uit bacteriën, die veelbelovend is voor een nieuwe behandeling van genetische ziekten zoals cystische fibrose, spierdystrofie en hemofilie. Maar goed werken, het nieuwe hulpmiddel voor het knippen van genen moet veilig over het celmembraan en in de kern worden afgeleverd, een moeilijk proces dat de afweer van de cel kan activeren en CRISPR/Cas9 kan "vangen", het behandelingspotentieel sterk verminderen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers in nanochemie-expert Vincent Rotello's laboratorium aan de Universiteit van Massachusetts Amherst hebben een afgiftesysteem ontworpen met behulp van nanodeeltjes om CRISPR/Cas9 door het membraan en in de celkern te helpen, terwijl het vastlopen door cellulaire machines wordt vermeden. Details verschijnen in een recent nummer van het tijdschrift ACS Nano .

De experimentleider van het lab, Rubul Mout, zegt, "CRISPR heeft twee componenten:een schaarachtig eiwit genaamd Cas9, en een RNA-molecuul genaamd sgRNA dat Cas9 naar zijn doelgen leidt. Zodra het Cas9-sgRNA-paar het bestemmingsgen in de kern bereikt, het kan zijn genetische fouten ondervragen en corrigeren met behulp van de reparatiemachines van de gastheercel."

Hij wijst erop dat sinds het potentieel van CRISPR voor het eerst werd ontdekt in 2012, genbewerking of genoomengineering is snel een intensief onderzoeksonderwerp geworden in biologie en geneeskunde. Het doel is om anders ongeneeslijke genetische ziekten te behandelen door zieke genen te manipuleren. "Echter, om dit te behalen, biotech- en farmaceutische bedrijven zijn voortdurend op zoek naar efficiëntere CRISPR-bezorgingsmethoden, " hij voegt toe.

De nieuwe bezorgmethode Rotello, Mout en collega's die zijn ontworpen, omvatten de engineering van het Cas9-eiwit, genaamd Cas9En, en drager nanodeeltjes. Rotello zegt, "Door de interacties tussen geconstrueerd Cas9En-eiwit en nanodeeltjes nauwkeurig af te stemmen, we waren in staat om deze leveringsvectoren te construeren. De vectoren die het Cas9-eiwit en sgRNA dragen, komen in contact met het celmembraan, lont, en laat het Cas9:sgRNA direct in het celcytoplasma vrij."

"Cas9-eiwit heeft ook een nucleaire leidende sequentie die het complex naar de bestemmingskern leidt. De sleutel is om het Cas9-eiwit te tweaken, " voegt hij eraan toe. "We hebben dit Cas9-eiwit en sgRNA-paar in de celkern afgeleverd zonder dat het onderweg vast komt te zitten. We hebben het leveringsproces live in realtime gevolgd met behulp van geavanceerde microscopie."

Mout en collega's zeggen dat ze nu het Cas9-eiwit en sgRNA-paar kunnen leveren aan ongeveer 90 procent van de cellen die in een kweekschaal zijn gekweekt, met een bewerkingsefficiëntie van ongeveer 30 procent. "Negentig procent cytosolische/nucleaire levering is een enorme verbetering vergeleken met andere methoden, ’ merkt Mout op.

De onderzoekers zijn van mening dat de Cas9En ook kan dienen als een platform voor de levering van een verscheidenheid aan andere materialen zoals polymeren, lipide nanodeeltjes of zelfassemblerende peptiden. Rotello zegt, "Nu we efficiënte genbewerking in gekweekte cellen hebben bereikt, we streven ernaar genen te bewerken in preklinische diermodellen. We zijn ook geïnteresseerd in gen-editing voor adoptieve therapieën, waar een zieke cel wordt geïsoleerd van een patiënt, gecorrigeerd door CRISPR in het lab, en teruggegeven aan de patiënt."

Naast het bewerken van genen, de nieuwe bezorgmethode kan andere toepassingen hebben. Bijvoorbeeld, een ander belangrijk probleem in de biologie en geneeskunde is het volgen van DNA en RNA in cellen. Onlangs, CRISPR is gebruikt om te helpen bij dit onderzoek. Moumita Ray, een andere onderzoeker in het Rotello-lab, zegt, "Onze methode maakt het mogelijk om de Cas9-eiwitbeweging in een cel nauwkeurig te volgen, het openen van nieuwe kansen in genomisch onderzoek."