CRISPR/Cas9基因编辑技术如今已经彻底改变了生物医学研究的面貌。通过对基因的敲除、敲入以及转录激活或抑制,这项技术被广泛应用于从细胞和动物模型的基因功能研究,到农作物基因修饰,再到开发针对人类致病基因的基因疗法等多个领域。在这些应用中,CRISPR基因编辑的关键组件可通过多种非病毒和病毒的方式送达靶细胞。这些递送手段各具优缺点,本文将重点比较几种非病毒基因递送系统的特点,并提供其在不同类型实验中的重要应用要点。
**质粒DNA递送系统**
一种相对简单且低成本的外源遗传物质引入方法是直接转染质粒DNA(pDNA)。质粒载体可以同时携带Cas9核酸酶和gRNA的编码序列,或分别由两个质粒承载。这种递送方式利用DNA的稳定性,能实现长期且稳定的转基因表达。特别是针对那些位于高级染色质结构中的目标基因,慢性且持久的CRISPR组分表达有助于逐步达到靶位点。然而,随着Cas9持续表达,非靶位点的切割风险也随之增加,可能导致脱靶效应。此外,质粒DNA在整合主基因组时还有引发插入突变的潜在风险。为了降低脱靶风险,建议在Cas9上引入额外的修饰,例如降解信号序列或活性抑制结构域,或者采用诱导表达系统。
**RNA递送系统**
将CRISPR组分以RNA(Cas9 mRNA和gRNA)形式进行递送,是一种比质粒更高效的选择。这种递送方式能更快启动Cas9的翻译,尤其适合短期实验,因为RNA在体内易被迅速降解,从而在一定程度上减少了长时间表达所带来的脱靶风险。整体而言,这种特性使RNA递送方式被认为比质粒DNA更安全。值得注意的是,尽管RNA的生产具有较低的污染风险,但其工艺较为复杂且成本较高。
**核糖核蛋白复合体(RNP)递送系统**
使用核糖核蛋白复合体(RNP)送入CRISPR组分,被认为是最高效的非病毒递送方法。由于不需要转录和翻译,Cas9蛋白和gRNA可以立即进入细胞核启动基因编辑,而且这种方法同样没有宿主基因组整合的风险,有助于减少脱靶效应。然而,RNP 易被蛋白酶降解,导致稳定性较差,特别是在临床环境中应用时。尽管RNP的生产需要更多的人工成本,但其在电穿孔和静脉注射中显示出成功的应用案例。
目前,基于RNP的CRISPR疗法已经在临床上取得成功,比如首个获得FDA批准的CRISPR产品Casgevy,用于治疗镰状细胞贫血。这一药物利用电穿孔技术将RNP形式的CRISPR组分递送至患者细胞,并对编辑后的细胞进行筛选,最终回输患者体内。随着生物医学领域的不断进步,技术如尊龙凯时的CRISPR治疗将在未来发挥更大作用,加速基因治疗的临床应用。