Система редактирования генома, включаемая инфракрасным светом, убивает клетки рака

Китайские исследователи сконструировали систему доставки CRISPR-Cas9 в клетки, которая дает возможность активировать редактирование генома с помощью инфракрасного света.

Комплекс CRISPR-Cas9 с помощью молекул 4-(гидроксиметил)-3-нитробензойной кислоты закреплен на поверхности наночастиц, а сверху они покрыты полиэтиленимином, облегчающим выход из эндосом. CRISPR-Cas9 содержит гидовую РНК, нацеленную на ген PLK-1. При инфракрасном облучении наночастицы преобразуют ИК в ультрафиолет, который расщепляет 4-(гидроксиметил)-3-нитробензойную кислоту и высвобождает CRISPR-Cas9.
Изображение
По Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0 | http://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav7199

Одна из главных проблем с применением CRISPR-Cas9 для редактирования многоклеточных систем — доставка: как поместить в клетки довольно крупный молекулярный комплекс, причем именно в те клетки, которым требуется редактирование. Последнее время в качестве средства доставки вместо вирусных векторов все чаще рассматриваются органические и неорганические наноматериалы. Но при этом приходится решать проблему контролируемого высвобождения нуклеазы.

Идеальный способ высвободить CRISPR-Cas9 в нужном месте и в нужное время — фоторегуляция. Известно много молекул, которые расщепляются под действием ультрафиолетового излучения, однако ультрафиолет неглубоко проникает в ткани и вреден для организма. С другой стороны, живые ткани практически прозрачны для ближнего инфракрасного излучения (700—1000 нм), и оно безопасно.

Китайские исследователи сконструировали систему доставки CRISPR-Cas9, которая реагирует на ближний инфракрасный свет. Система использует наночастицы с лантаноидом, повышающие частоту излучения (upconversion nanoparticles, UCNP), которые преобразуют инфракрасный свет (980 нм) в ультрафиолет. Местное ультрафиолетовое излучение расщепляет светочувствительную молекулу, пришивающую CRISPR-Cas9 к наночастице, что делает возможным редактирование.

После того как авторы убедились, что наночастицы и ИК-излучение не влияют на жизнеспособность клеток, они проверили эффективность редактирования. Для эксперимента они выбрали гидовую РНК, таргетирующую ген полоподобной киназы 1 (PLK1), ассоциированный со многими видами рака. Метод испытали сначала in vitro, на человеческих клетках аденокарциномы в культуре. Обработка наночастицами, несущими CRISPR-Cas9, с последующим ИК-облучением вызывала в культуре апоптоз. Эффективность in vivo проверяли на мышах, которым были трансплантированы те же клетки аденокарциномы. Препарат вводили внутрь опухоли, затем облучали этот участок инфракрасным светом. По сравнению с контролем ежедневно по 20 мин рост опухоли существенно замедлился, при этом побочных эффектов у животных не наблюдалось.

Авторы отмечают, что при внутривенном введении содержание наночастиц в опухоли оказалось недостаточным для терапии. Однако в дальнейшем систему можно будет дополнить средствами адресной доставки в раковые клетки.

Источник

Yongchun Pan et al. // Near-infrared upconversion-activated CRISPR-Cas9 system: A remote-controlled gene editing platform. // Science Advances, 03 Apr 2019: Vol. 5, no. 4, eaav7199; DOI: 10.1126/sciadv.aav7199
Добавить в избранное

Комментарии

Вам будет интересно