基于纳米技术的CRISPR/Cas9基因编辑系统用于癌症治疗

簇状规则间隔短回文重复序列及其相关蛋白9（CRISPR/Cas9）是新一代基因编辑技术，由于其简单、高效、稳定、精确等优点，被广泛用于肿瘤的发生、发展和转移的研究。然而，如何安全有效地将其递送到肿瘤病灶是亟待解决的问题。近年来，纳米技术被开发用于CRISPR/Cas9的递送，通过对纳米非病毒载体的合理修饰，CRISPR/Cas9系统的递送效率得到了显著提高，从而极大增强了肿瘤治疗效果。

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四川大学巩长旸研究团队在MedComm-Biomaterials and Applications发表了题为“Nanotechnology based CRISPR/Cas9 delivery system for genome editing in cancer treatment”的综述，系统性总结了基于纳米技术的CRISPR/Cas9基因编辑系统在癌症治疗中的研究现状及应用进展。

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CRISPR/Cas9系统由Cas9蛋白和单链导向RNA（sgRNA）组成，在原型间隔区相邻的基序（PMA）存在的情况下，Cas9蛋白可以在sgRNA导向作用下通过碱基互补配对到达不同的靶基因位点，并对其进行切割导致DNA双链断裂（DSB）。随后宿主细胞通过两种不同的机制，即非同源末端连接（NHEJ）以及同源重组修复（HDR）响应双链断裂并进行修复。此外，随着对Cas9蛋白的进一步研究，催化失活的 Cas9 变异体（dCas9）也应运而生，它通过与转录激活/抑制效应因子融合，扩展出基因特异性激活（CRISPRa）/抑制（CRISPRi）这两种工具。CRISPRa用于激活或增加基因的表达，CRISPRi用于干扰或沉默基因转录。目前，CRISPR/Cas9系统的递送形式共有三种：质粒、Cas9 mRNA和sgRNA的混合物以及Cas9蛋白和sgRNA的复合物核糖核蛋白（RNP），这三种递送形式各有优缺点。然而，无论对于哪种形式，将CRISPR/Cas9有效递送至靶细胞都是极大的挑战。

病毒载体是CRISPR/Cas9系统最常用的递送载体，然而由于病毒载体包装容量有限、免疫原性强、缺乏组织靶向等缺点，其应用受到限制。随着纳米技术的迅速发展，纳米载体如阳离子脂质纳米粒、阳离子聚合物、多肽纳米粒、无机纳米材料、DNA纳米结构、金纳米粒和细胞外囊泡等，在CRISPR/Cas9系统的递送方面显示出巨大潜力。以基于阳离子脂质的非病毒载体为例，阳离子脂质载体可以借助静电相互作用装载CRISPR/Cas9系统。另外通过配体修饰或结构改造可以增强载体的靶向性，促进细胞摄取，提高递送效率。在特定的细胞内环境或细胞外信号触发下，响应性纳米载体还可以实现CRISPR/Cas9的特异性释放，用于时空可控基因编辑。这些基于纳米技术的智能递送系统显著提高了CRISPR/Cas9系统的肿瘤治疗能力，并降低其不良脱靶效应。

利用CRISPR/Cas9纳米技术进行基因编辑是癌症治疗领域的新曙光，CRISPR/Cas9递送载体的持续优化和改进显示了其在肿瘤治疗领域的巨大研究和应用潜力。但是目前大多数研究仍处于起步阶段。另外，应用于肿瘤治疗，CRISPR/Cas9还有许多分子水平上的问题尚未解决。总之，基于CRISPR/Cas9的个性化靶向治疗可能是肿瘤治疗的未来，为肿瘤治疗带来新的希望。

第一作者（中文版原创作者）：四川大学博士研究生周诗瑶