Используя химический дизайн и синтез, команда объединила технологию, получившую Нобелевскую премию, с терапевтической технологией, созданной в их собственной лаборатории, чтобы преодолеть критическое ограничение CRISPR. В частности, новаторская работа предусматривает систему доставки груза, необходимого для создания машины для редактирования генов, известной как CRISPR-Cas9. Команда разработала способ преобразования белка Cas-9 в сферическую нуклеиновую кислоту (SNA) и загрузки его критическими компонентами, необходимыми для доступа к широкому спектру тканей и типов клеток, а также к внутриклеточным компартментам, необходимым для редактирования генов.

Исследование, опубликованное сегодня в статье под названием "Сферические нуклеиновые кислоты CRISPR" в журнале Американского химического общества, показывает, как SNAS CRISPR могут доставляться через клеточную мембрану в ядро, сохраняя при этом биологическую активность и возможности редактирования генов.

Работа основана на 25-летних усилиях пионера нанотехнологий Чада А. Миркина, который руководил исследованием, по раскрытию свойств SNAS и факторов, которые отличают их от их хорошо известного линейного родственника, blueprint of life. Миркин известен своим изобретением SNAs, структур, обычно состоящих из сферических наночастиц, плотно покрытых ДНК или РНК, что придает им химические и физические свойства, радикально отличающиеся от тех форм нуклеиновых кислот, которые встречаются в природе.

Миркин - профессор химии имени Джорджа Б. Ратманна в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга и директор Международного института нанотехнологий. Миркин также является профессором химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии и материаловедения в инженерной школе Маккормика и профессором медицины в медицинской школе Фейнберга Северо-Западного университета.

Существует много классов SNAS с ядрами и оболочками различного химического состава и размеров, и SNAS в настоящее время оцениваются как мощные терапевтические средства в шести клинических испытаниях на людях, в том числе при изнурительных заболеваниях, таких как мультиформная глиобластома (рак головного мозга) и различные виды рака кожи.

"Эти новые наноструктуры открывают исследователям путь к расширению сферы применения CRISPR за счет значительного расширения типов клеток и тканей, к которым может быть доставлено оборудование CRISPR", - сказал Миркин. "Мы уже знаем, что SNAS обеспечивают привилегированный доступ к коже, мозгу, глазам, иммунной системе, желудочно-кишечному тракту, сердцу и легким. Когда этот тип доступа будет соединен с одним из самых важных нововведений в биомедицинской науке за последнюю четверть века, последуют хорошие результаты".

В этом текущем исследовании команда Миркина использовала Cas9, белок, необходимый для редактирования генов, в качестве ядра структуры, и прикрепила нити ДНК к его поверхности, чтобы создать новый тип SNA. Кроме того, эти SNAS были предварительно загружены РНК, способной выполнять редактирование генов, и слиты с пептидами, чтобы контролировать их способность преодолевать компартментарные барьеры клетки, тем самым максимизируя эффективность. Эти SNA, как и другие их классы, эффективно проникают в клетки без использования трансфекционных агентов (которые часто необходимы для доставки генетических материалов в клетки) и демонстрируют высокую эффективность редактирования генов от 32% до 47% в нескольких клеточных линиях человека и мыши.

В исследовательскую группу входили аспиранты-исследователи Чи Хуан, Чжэнью (Генри) Хан и Майкл Евангелопулос. Их исследование было поддержано Национальным институтом рака Национальных институтов здравоохранения, Фондом Шермана Фэйрчайлда, стипендией доктора Джона Н. Николсона и Фондом общественного блага Александра С. Онассиса.