劉如謙教授先后開發(fā)了兩種精準(zhǔn)基因編輯工具——堿基編輯器（Base Editor）和先導(dǎo)編輯器（Prime Editor），相比CRISPR-Cas9，這兩種新型基因編輯工具不會(huì)產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂（DSB），被認(rèn)為是更安全的新一代基因編輯工具。
限制堿基編輯和先導(dǎo)編輯應(yīng)用的主要障礙是遞送，對(duì)于體內(nèi)基因編輯，目前的標(biāo)準(zhǔn)遞送方式是使用病毒載體，然而，堿基編輯和先導(dǎo)編輯及其guide RNA超過了慢病毒（LV）和腺相關(guān)病毒（AAV）的載體容量限制。此外，這些病毒載體遞送后長(zhǎng)時(shí)間表達(dá)基因編輯器，從而增加脫靶編輯（off-target editing）以及旁觀者編輯（bystander editing）的風(fēng)險(xiǎn)。病毒載體自身還可能帶來整合風(fēng)險(xiǎn)。
因此，相比使用病毒載體遞送基因編輯工具進(jìn)行體內(nèi)基因編輯，將基因編輯工具以核糖核蛋白（RNP）的形式遞送到體內(nèi)進(jìn)行基因編輯更安全，然而，RNP的瞬時(shí)活性通常難以產(chǎn)生最佳基因編輯效果。
2024年11月28日，劉如謙團(tuán)隊(duì)聯(lián)合加州大學(xué)歐文分校的研究人員在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 上發(fā)表了題為：Safer and efficient base editing and prime editing via ribonucleoproteins delivered through optimized lipid-nanoparticle formulations 的研究論文。
該研究通過優(yōu)化脂質(zhì)納米顆粒（LNP）配方以核糖核蛋白（RNP）的形式遞送堿基編輯器（Base Editor）和先導(dǎo)編輯（Prime Editor），實(shí)現(xiàn)了更安全、更高效的基因編輯。
Spark公司開發(fā)的AAV基因療法Luxturna于2017年獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市，通過AAV病毒載體遞送正確的RPE65基因治療Leber氏先天性黑蒙癥2型（LCA2），真實(shí)世界數(shù)據(jù)顯示，治療效果可持續(xù)7年甚至更久，這表明了使用AAV病毒載體遞送的轉(zhuǎn)基因可持續(xù)表達(dá)。
對(duì)于核糖核蛋白（RNP），將純化的蛋白質(zhì)（例如Cas9）與合成的guide RNA復(fù)合，從而無需轉(zhuǎn)錄和翻譯，可在細(xì)胞內(nèi)最快速地啟動(dòng)基因編輯活性，且持續(xù)編輯的時(shí)間最短。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了細(xì)胞穿透肽（CPP，構(gòu)建融合蛋白或作為輔料）可以提高遞送RNP的效率，并且封裝RNP的脂質(zhì)納米顆粒（LNP）可以優(yōu)化以增強(qiáng)RNP的穩(wěn)定性、遞送效率和基因編輯效力。
具體來說，在篩選合適的可電離陽離子脂質(zhì)并通過優(yōu)化合成脂質(zhì)DMG-PEG 2000的濃度后，研究團(tuán)隊(duì)表明，使用可電離脂質(zhì)SM102，通過微流控混合，將腺嘌呤堿基編輯器（ABE）和先導(dǎo)編輯器（Prime Editor）以RNP形式封裝在LNP內(nèi)，相比直接遞送裸RNP，可將體內(nèi)基因編輯效率提高300倍以上，在遺傳性視網(wǎng)膜變性小鼠體內(nèi)日，成功修復(fù)了Rpe65基因突變，顯示出了視覺功能的恢復(fù)，且沒有檢測(cè)到脫靶編輯。
總的來說，該研究通過化學(xué)定義的LNP配方的優(yōu)化，提高了封裝RNP穩(wěn)定性和遞送效率，從而產(chǎn)生了更安全的堿基編輯和先導(dǎo)編輯。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-024-01296-2
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