In een onderzoek gepubliceerd in MedComm—Biomaterials and Applications Professor Changyang Gong en zijn Ph.D. student Shiyao Zhou gaat dieper in op het mechanisme van het CRISPR/Cas9-systeem. Het CRISPR/Cas9-systeem bestaat uit Cas9-eiwit en enkelstrengs directing RNA (sgRNA).

In de aanwezigheid van een protospacer aangrenzend motief (PAM) leidt sgRNA het Cas9-endonuclease nauwkeurig naar de doelgebieden, waar het DNA-dubbelstrengsbreuken (DSB's) veroorzaakt, wat resulteert in plaatsspecifieke genomische veranderingen. Endogeen DNA-herstel kan plaatsvinden na de creatie van een DSB via twee primaire genoombewerkingsroutes:niet-homologe eindverbinding (NHEJ) of homologiegericht herstel (HDR).

Door gebruik te maken van de biologische kenmerken van Cas9 die zich richt op specifieke DNA-sequenties onder leiding van sgRNA, hebben wetenschappers op dCas9 gebaseerde tools voor gen-targeting-activatie en gen-targeting-inhibitie verder ontwikkeld, respectievelijk CRISPRa en CRISPRi genoemd.

In het artikel worden de kenmerken van drie vormen van CRISPR/Cas9-ladingen geschetst. Drie leveringsvormen van het CRISPR/Cas9-systeem zijn plasmiden, mRNA/sgRNA en ribonucleoproteïne (RNP)-complexen, die elk hun eigen voor- en nadelen hebben.

Niettemin is het, ongeacht de vorm van de lading, een uitdaging voor CRISPR/Cas9 om doelcellen binnen te dringen. Daarom is het ontwikkelen van een effectieve nanotechnologiestrategie voor de levering van CRISPR/Cas9 essentieel.

Op nanotechnologie gebaseerde toedieningstechnieken voor deze drie categorieën om kanker te behandelen worden in het artikel samengevat. Hoewel virale vectoren de meest gebruikte toedieningsvectoren zijn voor het CRISPR/Cas9-systeem, zijn hun toepassingen beperkt vanwege nadelen zoals beperkte verpakkingscapaciteit, hoge immunogeniciteit en gebrek aan doelgerichtheid op weefsels.

Nanodragers, waaronder kationische op lipiden gebaseerde nanodeeltjes, kationische polymeer/polypeptide-gebaseerde nanodeeltjes, anorganische nanomaterialen, DNA-nanostructuren, op goud gebaseerde nanodeeltjes en exosomen of extracellulaire blaasjes, zijn momenteel hoopvolle leveringsmethoden voor CRISPR/Cas9-systemen.

Als we kationische, op lipiden gebaseerde niet-virale vectoren als voorbeeld nemen, kunnen kationische lipidenvectoren het CRISPR/Cas9-systeem laden via elektrostatische interacties. Bovendien kan de targeting van vectoren worden verbeterd door ligandmodificatie of structurele modificatie om de cellulaire opname te bevorderen en de leveringsefficiëntie te verbeteren.

Geactiveerd door specifieke intracellulaire omgevingen of extracellulaire signalen kunnen responsieve nanodragers ook een specifieke afgifte van CRISPR/Cas9 bereiken voor spatiotemporeel regelbare genbewerking. Deze op nanotechnologie gebaseerde slimme toedieningssystemen verbeteren de tumortherapeutische mogelijkheden van het CRISPR/Cas9-systeem aanzienlijk en verminderen opmerkelijk de off-target effecten ervan.

De onderzoekers bieden nieuwe inzichten met betrekking tot toekomstige onderzoeksrichtingen op het gebied van de op nanotechnologie gebaseerde CRISPR/Cas9-systeemlevering. Genbewerking met behulp van CRISPR/Cas9-nanotechnologie is een nieuwe dageraad op het gebied van kankertherapie. De voortdurende optimalisatie en verbetering van niet-virale vectoren met CRISPR/Cas9 tonen het grote potentieel aan voor onderzoek en toepassing op het gebied van oncologische therapie.

Niettemin bevindt het merendeel van het onderzoek zich nog in de beginfase. CRISPR/Cas9 kent veel onopgeloste problemen op moleculair niveau. Concluderend kan gepersonaliseerde gerichte therapie op basis van CRISPR/Cas9 de toekomst van tumortherapie zijn en nieuwe hoop bieden op tumorbehandeling.

Meer informatie: Shiyao Zhou et al, op nanotechnologie gebaseerd CRISPR/Cas9-leveringssysteem voor genoombewerking bij de behandeling van kanker, MedComm – Biomaterialen en toepassingen (2024). DOI:10,1002/mba2,70

Aangeboden door Sichuan International Medical Exchange and Promotion Association