Nieuw genbewerkingsplatform verbreedt het toepassingsgebied van CRISPR-genbewerking

Een team van onderzoekers van de Northwestern University heeft een nieuw platform voor genbewerking bedacht dat de toekomstige toepassing van een bijna onbeperkte bibliotheek van op CRISPR gebaseerde therapieën zou kunnen informeren.

Met behulp van chemisch ontwerp en synthese bracht het team de Nobelprijswinnende technologie samen met therapeutische technologie geboren in hun eigen laboratorium om een ​​kritieke beperking van CRISPR te overwinnen. Het baanbrekende werk biedt met name een systeem om de lading te leveren die nodig is voor het genereren van de genbewerkingsmachine die bekend staat als CRISPR-Cas9. Het team ontwikkelde een manier om het Cas-9-eiwit om te zetten in een sferisch nucleïnezuur (SNA) en het te laden met kritische componenten die nodig zijn om toegang te krijgen tot een breed scala aan weefsel- en celtypen, evenals de intracellulaire compartimenten die nodig zijn voor genbewerking.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in een paper met de titel “CRISPR Spherical Nucleic Acids”, in de publicatie Tijdschrift van de American Chemical Societyen laat zien hoe CRISPR SNA’s door het celmembraan en in de kern kunnen worden afgeleverd, terwijl ook de bioactiviteit en de mogelijkheden voor het bewerken van genen behouden blijven.

Het werk bouwt voort op een inspanning van 25 jaar onder leiding van nanotechnologiepionier Chad A. Mirkin, die het onderzoek leidde, om de eigenschappen van SNA’s en de factoren die hen onderscheiden van hun bekende lineaire neef, de blauwdruk van het leven, te ontdekken. Hij is beroemd om zijn uitvinding van SNA’s, structuren die doorgaans bestaan ​​uit bolvormige nanodeeltjes die dicht bedekt zijn met DNA of RNA, waardoor ze chemische en fysische eigenschappen hebben die radicaal verschillen van de vormen van nucleïnezuren die in de natuur worden aangetroffen.

Mirkin is de George B. Rathmann hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en directeur van het International Institute for Nanotechnology. Hij is ook hoogleraar chemische en biologische technologie, biomedische technologie en materiaalkunde en techniek aan de McCormick School of Engineering en hoogleraar geneeskunde aan de Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Er bestaan ​​veel klassen SNA’s, met kernen en omhulsels van verschillende chemische samenstelling en grootte, en SNA’s worden nu geëvalueerd als krachtige therapeutische middelen in zes klinische onderzoeken bij mensen, waaronder onderzoeken voor slopende ziekten zoals glioblastoma multiforme (hersenkanker) en een verscheidenheid aan huidkankers .

“Deze nieuwe nanostructuren bieden onderzoekers een pad om de reikwijdte van CRISPR-hulpprogramma’s te verbreden door de soorten cellen en weefsels waaraan de CRISPR-machines kunnen worden geleverd drastisch uit te breiden,” zei Mirkin. “We weten al dat SNA’s bevoorrechte toegang bieden tot de huid, de hersenen, de ogen, het immuunsysteem, het maagdarmkanaal, het hart en de longen. Wanneer dit type toegang wordt gekoppeld aan een van de belangrijkste innovaties in de biomedische wetenschap in de laatste kwart eeuw, goede dingen zullen volgen.”

In dit huidige onderzoek gebruikte het team van Mirkin Cas9, een eiwit dat nodig is voor genbewerking, als de kern van de structuur, en bevestigde DNA-strengen aan het oppervlak om een ​​nieuw type SNA te maken. Bovendien waren deze SNA’s vooraf geladen met RNA dat in staat is om genbewerking uit te voeren en gefuseerd met peptiden om hun vermogen om door compartimentele barrières van de cel te navigeren te regelen, waardoor de efficiëntie wordt gemaximaliseerd. Deze SNA’s komen, net als andere klassen van SNA’s, effectief cellen binnen zonder het gebruik van transfectiemiddelen (die vaak nodig zijn om genetisch materiaal in cellen af ​​te leveren) en vertonen een hoge efficiëntie van genbewerking tussen 32% en 47% in verschillende cellijnen van mensen en muizen.

Het onderzoeksteam omvatte afgestudeerde studentonderzoekers Chi Huang, Zhenyu (Henry) Han en Michael Evangelopoulos.