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Biomimetic Mineralized CRISPR/Cas RNA Nanoparticles for Efficient Tumor-Specific Multiplex Gene Editing
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-07-23 , DOI: 10.1021/acsnano.3c04116 Yan Liang 1 , Jingge Zhang 1 , Chenlu Xu 1 , Jinjin Wang 1 , Wenshuai Han 1 , Jiali Yang 1 , Sixuan Wu 1 , Jingyi An 1 , Junjie Liu 1 , Zhenzhong Zhang 1 , Jinjin Shi 1 , Kaixiang Zhang 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-07-23 , DOI: 10.1021/acsnano.3c04116 Yan Liang 1 , Jingge Zhang 1 , Chenlu Xu 1 , Jinjin Wang 1 , Wenshuai Han 1 , Jiali Yang 1 , Sixuan Wu 1 , Jingyi An 1 , Junjie Liu 1 , Zhenzhong Zhang 1 , Jinjin Shi 1 , Kaixiang Zhang 1
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CRISPR/Cas9 systems have great potential to achieve sophisticated gene therapy and cell engineering by editing multiple genomic loci. However, to achieve efficient multiplex gene editing, the delivery system needs adequate capacity to transfect all CRISPR/Cas9 RNA species at the required stoichiometry into the cytosol of each individual cell. Herein, inspired by biomineralization in nature, we develop an all-in-one biomimetic mineralized CRISPR/Cas9 RNA delivery system. This system allows for precise control over the coencapsulation ratio between Cas9 mRNA and multiple sgRNAs, while also exhibiting a high RNA loading capacity. In addition, it enhances the storage stability of RNA at 4 °C for up to one month, and the surface of the nanoparticles can be easily functionalized for precise targeting of RNA nanoparticles in vivo at nonliver sites. Based on the above characteristics, as a proof-of-concept, our system was able to achieve significant gene-editing at each target gene (Survivin: 31.9%, PLK1: 24.41%, HPV: 23.2%) and promote apoptosis of HeLa cells in the mouse model, inhibiting tumor growth without obvious off-target effects in liver tissue. This system addresses various challenges associated with multicomponent RNA delivery in vivo, providing an innovative strategy for the RNA-based CRISPR/Cas9 gene editing.
中文翻译：
用于高效肿瘤特异性多重基因编辑的仿生矿化 CRISPR/Cas RNA 纳米颗粒
CRISPR/Cas9 系统具有通过编辑多个基因组位点实现复杂基因治疗和细胞工程的巨大潜力。然而，为了实现有效的多重基因编辑，递送系统需要足够的能力以所需的化学计量将所有 CRISPR/Cas9 RNA 种类转染到每个单独细胞的细胞质中。在此，受自然界生物矿化的启发，我们开发了一种一体化仿生矿化 CRISPR/Cas9 RNA 递送系统。该系统可以精确控制 Cas9 mRNA 和多个 sgRNA 之间的共封装比率，同时还表现出高 RNA 负载能力。此外，它还增强了 RNA 在 4°C 下的储存稳定性长达 1 个月，并且纳米颗粒的表面可以轻松功能化，以便在体内将RNA 纳米颗粒精确靶向非肝脏部位。基于上述特征，作为概念验证，我们的系统能够对每个靶基因实现显着的基因编辑（Survivin：31.9％，PLK1：24.41％，HPV ：23.2％）并促进HeLa细胞凋亡在小鼠模型中，抑制肿瘤生长，在肝组织中没有明显的脱靶效应。该系统解决了与体内多组分 RNA 传递相关的各种挑战，为基于 RNA 的 CRISPR/Cas9 基因编辑提供了创新策略。
更新日期：2023-07-23
中文翻译：
用于高效肿瘤特异性多重基因编辑的仿生矿化 CRISPR/Cas RNA 纳米颗粒
CRISPR/Cas9 系统具有通过编辑多个基因组位点实现复杂基因治疗和细胞工程的巨大潜力。然而，为了实现有效的多重基因编辑，递送系统需要足够的能力以所需的化学计量将所有 CRISPR/Cas9 RNA 种类转染到每个单独细胞的细胞质中。在此，受自然界生物矿化的启发，我们开发了一种一体化仿生矿化 CRISPR/Cas9 RNA 递送系统。该系统可以精确控制 Cas9 mRNA 和多个 sgRNA 之间的共封装比率，同时还表现出高 RNA 负载能力。此外，它还增强了 RNA 在 4°C 下的储存稳定性长达 1 个月，并且纳米颗粒的表面可以轻松功能化，以便在体内将RNA 纳米颗粒精确靶向非肝脏部位。基于上述特征，作为概念验证，我们的系统能够对每个靶基因实现显着的基因编辑（Survivin：31.9％，PLK1：24.41％，HPV ：23.2％）并促进HeLa细胞凋亡在小鼠模型中，抑制肿瘤生长，在肝组织中没有明显的脱靶效应。该系统解决了与体内多组分 RNA 传递相关的各种挑战，为基于 RNA 的 CRISPR/Cas9 基因编辑提供了创新策略。
京公网安备 11010802027423号