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近日，先進(jìn)院喻學(xué)鋒研究員課題組在CRISPR基因編輯應(yīng)用領(lǐng)域取得新突破。相關(guān)工作“Enhanced Cytosolic Delivery and Releases of CRISPR/Cas9 by Black Phosphorus Nanosheets for Genome Editing”（用于基因編輯的黑磷增強(qiáng)型CRISPR/Cas9運(yùn)載與釋放系統(tǒng)）發(fā)表于化學(xué)材料領(lǐng)域的權(quán)威刊物Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.201806941，10.1002/ange.201806941，影響因子12.102）。論文共同第一作者是周文華博士和崔浩東研究助理，通訊作者是喻學(xué)鋒研究員，參與作者還包括帝國(guó)理工學(xué)院Ying Liming教授。

近年來(lái)，CRISPR/Cas9系統(tǒng)作為一種源自原核生物獲得性免疫系統(tǒng)的基因定點(diǎn)編輯技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于諸如基因表達(dá)調(diào)控、基因編輯、以及核酸的原位檢測(cè)等領(lǐng)域。然而，由于傳統(tǒng)的針對(duì)編碼DNA的轉(zhuǎn)運(yùn)手段存在著易導(dǎo)致靶細(xì)胞的插入缺失和過(guò)表達(dá)，并引起基因變異和脫靶效應(yīng)等問(wèn)題，限制了該技術(shù)的臨床應(yīng)用潛力。因此，開(kāi)發(fā)出一種新的針對(duì)Cas9-sgRNA核酸-蛋白復(fù)合體的高效細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)/釋放手段將具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

黑磷因其良好的生物活性和生物相容性，以及其優(yōu)越的光電特性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。喻學(xué)鋒研究員課題組在之前研究中已成功將黑磷納米材料應(yīng)用于光聲成像（Small, 2017, 13, 1602896）、腫瘤光熱治療（Nature Communications, 2016, 7, 12967）、腫瘤放射治療（Biomaterials, 2018, 171, 12）、光致形變植入材料（Biomaterials,?2018, 164, 11）以及水凝膠敷料（Advanced Science,?2018, 5,?1700848）等領(lǐng)域。基于這些前期工作，以及在這些工作中發(fā)現(xiàn)的黑磷降解所引起的細(xì)胞內(nèi)體（endosome）破裂現(xiàn)象，我們提出黑磷納米片可用于生物活性大分子的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放。

在本研究中，課題組以超薄二維黑磷納米片為載體，通過(guò)靜電相互作用對(duì)攜帶三核定位序列（3xNLS）的Cas9-sgRNA復(fù)合體實(shí)現(xiàn)高效負(fù)載，從而構(gòu)建了一種高效的CRISPR/Cas9基因運(yùn)載體系（圖1）。該轉(zhuǎn)運(yùn)體系主要通過(guò)直接破膜和胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)體，進(jìn)入內(nèi)體的黑磷載體在酸性環(huán)境下迅速降解為高度生物相容的無(wú)機(jī)磷酸鹽，從而導(dǎo)致由滲透壓改變所引起的內(nèi)體破裂，實(shí)現(xiàn)Cas9-sgRNA復(fù)合體的高效胞內(nèi)釋放，并最終由所攜帶的三核定位序列靶向進(jìn)入細(xì)胞核，完成基因編輯的功能（圖2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相對(duì)于其他納米材料載體，該基于黑磷納米片的Cas9-sgRNA復(fù)合體轉(zhuǎn)運(yùn)體系可在較低濃度下完成對(duì)不同細(xì)胞株以及動(dòng)物荷瘤模型的高效基因編輯和基因沉默（圖3）。這一基于黑磷納米片的高效細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)體系可進(jìn)一步用于其他生物活性大分子的高效細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，從而具有重要的醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)工作已申請(qǐng)專利（CN108148874A），并依托孵化的中科墨磷科技有限公司（MoPhos.cn），積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

該研究工作得到了中科院前沿科學(xué)研究重點(diǎn)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技計(jì)劃國(guó)際合作研究、英國(guó)利華休姆信托基金等項(xiàng)目的資助。

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