В недавнем обзоре, опубликованном в журнале ПНАСИсследователи исследуют методы доставки невирусных и клеточно-специфичных кластерных коротких палиндромных повторов с регулярными интервалами (CRISPR)-CRISPR-ассоциированных белков (Cas) и подчеркивают их преимущества для исследований и применения генной терапии.
Исследование: Целенаправленная невирусная доставка редакторов генома in vivo. Изображение предоставлено: Каталин Руснак / Shutterstock.com
Улучшение доставки ферментов CRISPR-Cas
Ферменты CRISPR-Cas обеспечивают точность и простоту редактирования генома; однако они также связаны с определенными проблемами безопасности, поскольку они могут вызывать необратимые изменения. Повышенная специфичность Cas9 свидетельствует о прогрессе, однако целевая доставка остается жизненно важной для минимизации рисков.
Вирусные векторы широко изучались как средства доставки этих ферментов. Тем не менее, эти системы также связаны с риском иммуногенности и генетических нарушений.
Новые альтернативы, такие как рибонуклеопротеины CRISPR-Cas (RNP) и нуклеазы, кодируемые информационной рибонуклеиновой кислотой (мРНК), снижают нецелевые эффекты и риски онкогенеза, но не имеют специфического нацеливания. Например, РНП Cas9, которые обеспечивают временное клеточное присутствие и экономичность, уменьшают нецелевые эффекты и иммуногенность; однако их целевая доставка представляет собой серьезную проблему. Таким образом, сохраняется острая необходимость в передовых стратегиях оказания помощи.
Дальнейшие исследования имеют решающее значение для разработки более безопасных и точных механизмов доставки систем CRISPR-Cas, которые обеспечат целевое редактирование генома с минимальными нецелевыми эффектами и меньшими клиническими рисками.
Экс виво целевые методы доставки
Адресная доставка может быть достигнута за счет физической изоляции клеток для ex vivo редактирование генома. Этот метод особенно эффективен для гемопоэтических клеток, которые можно легко изолировать и редактировать вне организма.
Такие методы, как электропорация, способствовали эффективному редактированию генома Т-клеток, а также гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников (HSPC), тем самым предлагая уникальный потенциал для революции в лечении гематологических заболеваний, таких как серповидно-клеточная анемия (СКБ) и бета-талассемия. Несмотря на эффективность, важным ограничением электропорации является ее ограниченная применимость к другим тканям, а также потенциальные цитотоксические эффекты.
Экс виво редактирование генома также способствовало развитию регенеративной медицины. Например, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), отредактированные РНП Cas9, использовались для разработки методов лечения генетических заболеваний кожи и диабета 1 типа (СД1), тем самым демонстрируя потенциал этого метода для замены или регенерации поврежденных тканей. Эта специфичность гарантирует минимальный риск редактирования непреднамеренных типов клеток и обеспечивает контролируемую среду для терапевтических вмешательств.
В естественных условиях редактирование генома: проблемы и возможности
В естественных условиях Редактирование генома ограничено в своей способности точно воздействовать на определенные ткани без преимущества изоляции. Такие методы, как прямая инъекция, добились локального успеха в головном мозге, коже и опухолях, а такие инновации, как проникающие в клетки пептиды и липидные наночастицы (ЛНЧ), открывают более широкие возможности доставки. Эти достижения неизбежно будут способствовать разработке будущих систем CRISPR-Cas, которые можно будет доставлять системно с точностью до конкретной клетки.
Достижения в доставке: ЛНП и средства доставки в оболочке (EDV)
ЛНЧ обеспечивают системную доставку и выход из эндосом, высвобождая инструменты редактирования генома непосредственно в клетки. Упаковывая более крупные генетические последовательности и воздействуя на определенные ткани, ЛНЧ уже были исследованы на предмет их потенциала в лечении сложных заболеваний, таких как семейная гиперхолестеринемия.
Биологически вдохновленные носители, в том числе вирусоподобные частицы (VLP) и внеклеточные везикулы (EV), имитируют механизмы доставки вируса для целевого редактирования. Эти EDV используют естественные процессы для эффективного редактирования генома, тем самым демонстрируя развивающуюся среду методов доставки CRISPR-Cas и их потенциал для преодоления текущих ограничений.
Экс виво точность с VLP
VLP показали себя многообещающе в точной доставке инструментов редактирования генома к конкретным типам клеток. ex vivo параметр. Эти сконструированные частицы часто используют гликопротеин VSV-G из-за его широкого спектра рецепторов, включая рецептор липопротеина низкой плотности (LDL-R), для облегчения проникновения в широкий спектр клеток человека, таких как Т-клетки, B-клетки. , ИПСК и кластер дифференцировки (CD)34+ HSPC.
Эта широкая применимость дополнительно уточняется путем псевдотипирования VLP с другими вирусными гликопротеинами для окончательного нацеливания на клетки на основе специфических взаимодействий с рецепторами. Например, использование гликопротеина оболочки вируса иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1) нацеливает VLP на CD4+ Т-клетки, тем самым повышая специфичность доставки и сводя к минимуму нецелевые эффекты. Этот подход сыграл важную роль в перепрограммировании иммунных клеток для терапии рака и редактировании стволовых клеток для регенеративной медицины.
В естественных условиях достижения с EDV
И VLP, и EV предлагают платформу для прямой и локализованной доставки редакторов CRISPR-Cas9. Эти EDV устраняют необходимость в клеточно-специфическом нацеливании при введении непосредственно в интересующий участок, например в глаз или мышечную ткань, что дает возможность лечить такие состояния, как мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) и нейродегенеративные заболевания. Более того, системное введение VLP позволило добиться целенаправленного редактирования печени для лечения заболеваний, связанных с печенью.
Специфичность этих систем повышается за счет отображения нацеливающих молекул на поверхности VLP, которые направляют механизм редактирования генома на определенные клетки или органы с минимальной нецелевой активностью.
Будущие направления
Полный потенциал терапии CRISPR-Cas, особенно при заболеваниях, не связанных с печенью и негематологических заболеваниях, зависит от разработки более сложных средств доставки. Задача заключается в достижении специфичности клеточного типа. живой без индукции иммунных реакций или побочных эффектов.
Недавние инновации в разработке ЛНП и исследование биологических EDV представляют собой многообещающие стратегии для повышения точности доставки. Эти достижения в сочетании с высокопроизводительным скринингом и разработкой антител, вероятно, приведут к разработке минимально инвазивной и высокоспецифичной терапии CRISPR-Cas.
Ссылка на журнал:
- Цучида, Калифорния, Васко, К.М., Гамильтон, младший, и Дудна, Дж.А. (2024). Направленная невирусная доставка редакторов генома in vivo. ПНАС. doi:10.1073/pnas.2307796121
2024-03-08 00:08:00
1709857686
#Прорыв #доставке #CRISPR #обещает #более #безопасное #редактирование #генов
