河南大学师冰洋团队开发新型纳米胶囊，突破血脑屏障，高效编辑脑肿瘤细胞

撰文 | 王聪

编辑 | 王多鱼

排版 | 水成文

CRISPR-Cas9  基因编辑技术被认为是21世纪以来生物技术领域最重要的突破之一，并于2020年荣获诺贝尔化学奖。基于 CRISPR-Cas9 的基因编辑能够在细胞水平和体内进行快速、高效且精准的基因编辑，为遗传疾病、癌症等重大疾病的治疗带来了前所未有的强大工具。

CRISPR 技术奠基人、诺奖得主 Jennifer Doudna 曾表示，递送可能是体细胞基因编辑治疗的最大瓶颈。因此，开发安全、有效的 CRISPR 递送系统是实现基因编辑体内治疗的必要条件。

2021年6月，Jennifer Doudna 创立的 Intellia Therapeutics 公司的开发的通过脂质纳米颗粒 （LNP） 递送的体内 CRISPR 基因编辑疗法治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性 （ATTR） 的1期临床试验结果在 国际顶尖医学期刊《新英格兰医学期刊》 （NEJM） 发表。这是 首个公布的体内 CRISPR 基因编辑疗法的临床试验结果 ，被誉为开启了医学新时代。

然而，对于大脑相关疾病，例如阿尔茨海默病、胶质瘤等等，由于血脑屏障 （BBB） 的存在，药物难以递送，大大限制了研究进展。

近日，河南大学生命科学学院 河南大学-麦考瑞大学生物医学联合创新中心 师 冰洋 教授、 郑蒙 教授作为共同通讯作者，在 Science 子刊 Science Advances 上发表了题为： Blood-brain barrier–penetrating single CRISPR-Cas9 nanocapsules for effective and safe glioblastoma gene therapy 的研究论文。

该研究开发了一种新型 纳米胶囊 ，能够安全有效地将 CRISPR-Cas9 无创递送到大脑并靶向脑胶质瘤细胞，高效编辑胶质瘤相关癌基因 PLK1 （编辑效率高达38.1%） ，并显著延长了胶质瘤小鼠生存期。

该研究开发的递送系统能够穿过血脑屏障，将 CRISPR-Cas9 系统安全、特异性递送到脑肿瘤中，从而改善胶质母细胞瘤的治疗。这一递送系统也有望用于其他脑部疾病的治疗。

该研究针对难治疗、易复发的恶性胶质母细胞瘤 （GBM） ，希望开发出满足以下标准的新型 CRISPR-Cas9 脑递送平台：易制备、高负载、小而均匀的尺寸、长循环稳定性、血脑屏障渗透性、主动靶向大脑和脑肿瘤、快速细胞内释放、有效的基因编辑以及可忽略的脱靶性等。

研究团队在薄的、二硫键交联的 PEG 聚合物外壳上修饰了 Angiopep-2，Angiopep-2是一种能够结合 LRP-1 蛋白的配体，LRP-1 在血脑屏障内皮细胞和胶质母细胞瘤上高表达。 这种修饰后的聚合物外壳可以将 Cas9-sgRNA 核糖核蛋白复合物封装成小纳米胶囊 （直径约为30纳米） ，表面电荷接近中性，以保护内部治疗性组分免受核糖核酸酶的降解，促进其血液稳定性和循环寿命，从而增强其血脑屏障渗透率。

接下来，研究团队对这一 CRISPR-Cas9 脑递送纳米胶囊进行了验证，将 CRISPR-Cas9 转运穿过血脑屏障以靶向脑部病变细胞，有效编辑致癌基因 PLK1，编辑效率高达38.1%，显著降低了胶质母细胞瘤中 PLK1 的表达并抑制其分裂。 而在高风险组织 （肝、肾及正常脑组织） 中的脱靶基因编辑可忽略不计 （低于0.5%） 。

更重要的是，纳米胶囊治疗后荷瘤小鼠的中位存活时间显著延长了近3倍 （24天 vs 68天 ） 。

总的来说，该研究开发的纳米胶囊递送系统能够穿过血脑屏障，将 CRISPR-Cas9 系统安全、特异性递送到脑肿瘤中，从而改善胶质母细胞瘤的治疗。这一递送系统也有望用于其他脑部疾病的治疗。

据悉，该研究历时4年，河南大学邹艳副教授，硕士研究生孙新红为该论文共同第一作者，冰洋教授、郑蒙教授为共同通讯作者，并 得到了美国哥伦比亚大学 Kam Leong 院士、国家纳米中心梁兴杰教授、韩国国立癌症中心 Jong Bea Park 教授、哈佛医学院陶伟教授等合作者的大力支持。

论文链接 ：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8011

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