Onderzoekers van de Tomsk Polytechnic University samen met hun collega's uit St. Petersburg, Hamburg en Londen hebben ontdekt dat microcapsules met polymeer en hybride silica-coating efficiënter zijn in genoombewerking bij het toepassen van CRISPR-Cas9. In de toekomst, deze gezamenlijke ontwikkeling zal de efficiëntie van genome editing aanzienlijk vereenvoudigen en verhogen, die voorheen onherstelbare erfelijke ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, hemofilie en vele anderen.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nanogeneeskunde:Nanotechnologie, Biologie en geneeskunde .

Geclusterde regelgevende interspaced korte palindroomherhalingen / Cas9 (CRISPR-Cas9) is een revolutionaire technologie voor genoombewerking met een enorm potentieel voor onderzoek en klinische toepassingen. Volgens co-auteur prof. Boris Fehse van het Universitair Medisch Centrum Hamburg-Eppendorf, bacteriën hebben een adaptief immuunsysteem dat zorgt voor herkenning en uitroeiing van virussen (bacteriofagen) als ze ze meer dan eens proberen te infecteren. Voor dit doeleinde, bacteriën nemen korte sequenties van het virale genoom op in hun eigen genoom (in het CRISPR-gebied) en gebruiken deze als een sjabloon om korte complementaire RNA's te synthetiseren die een faaggenoom herkennen met behulp van het key-lock-principe (vergelijkbaar met menselijke antilichamen die pathogenen herkennen die proberen een persoon herhaaldelijk infecteren).

CRISPR-Cas 9-procedures vormen een veiligheidsuitdaging. "Deze leveringsmethoden zijn zeer giftig. Wanneer ze worden gebruikt, sommige van de bewerkte cellen sterven. Bijvoorbeeld, bij het leveren van biomateriaal door elektroporatie, slechts 40 tot 50 procent van de cellen overleeft, " zegt Alexander Timin, een van de hoofdauteurs van het artikel.

Om dit probleem op te lossen, de onderzoekers besloten om 2-2,5 micrometer (μm) polymere en hybride silica-gecoate capsules (SiO2) te gebruiken. Ze worden geladen met genetisch materiaal en afgeleverd bij de doelcel. Het absorbeert ze door micropinocytose, een proces waarbij cellen relatief grote deeltjes opvangen. Dus, microcapsules dringen het cytoplasma van cellen binnen en geven hun inhoud af. De schaal zelf lost geleidelijk op.

"De efficiëntie van de levering met deze microcapsules wordt bereikt dankzij de lage toxiciteit. Uit het onderzoek bleek dat meer dan 90 procent van de cellen na transfectie overleeft. het percentage bewerkte cellen werd significant hoger in vergelijking wanneer liposomen werden gebruikt voor transfectie, ", zegt Alexander Timin.

De resultaten stellen de wetenschappers in staat om te concluderen dat de microcapsules veelbelovende vectoren zijn voor toepassing van genoombewerkingstools. De volgende stap, volgens de onderzoekers zal de toepassing zijn van CRISPR-Cas9 met behulp van microcapsules om genetisch materiaal te leveren in in vivo studies.