Lipid nanoparticle (LNP) delivery of clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) ribonucleoproteins (RNPs) could enable high-efficiency, low-toxicity and scalable in vivo genome editing if efficacious RNP–LNP complexes can be reliably produced. Here we engineer a thermostable Cas9 from Geobacillus stearothermophilus (GeoCas9) to generate iGeoCas9 variants capable of >100× more genome editing of cells and organs compared with the native GeoCas9 enzyme. Furthermore, iGeoCas9 RNP–LNP complexes edit a variety of cell types and induce homology-directed repair in cells receiving codelivered single-stranded DNA templates. Using tissue-selective LNP formulations, we observe genome-editing levels of 16‒37% in the liver and lungs of reporter mice that receive single intravenous injections of iGeoCas9 RNP–LNPs. In addition, iGeoCas9 RNPs complexed to biodegradable LNPs edit the disease-causing SFTPC gene in lung tissue with 19% average efficiency, representing a major improvement over genome-editing levels observed previously using viral or nonviral delivery strategies. These results show that thermostable Cas9 RNP–LNP complexes can expand the therapeutic potential of genome editing.

如果能够可靠地产生有效的 RNP-LNP 复合物，则成簇的规则间隔短回文重复序列 （CRISPR） 核糖核蛋白 （RNP） 的脂质纳米颗粒 （LNP） 递送可以实现高效、低毒性和可扩展的体内基因组编辑。在这里，我们从嗜热脂肪芽孢杆菌 （GeoCas9） 中设计了一个热稳定的 Cas9，以产生与天然 GeoCas9 酶相比×能够对细胞和器官进行 >100 更多基因组编辑的 iGeoCas9 变体。此外，iGeoCas9 RNP-LNP 复合物可编辑多种细胞类型，并在接受共递送的单链 DNA 模板的细胞中诱导同源定向修复。使用组织选择性 LNP 制剂，我们观察到接受单次静脉注射 iGeoCas9 RNP-LNP 的报告小鼠肝脏和肺部的基因组编辑水平为 16-37%。此外，与可生物降解的 LNP 复合的 iGeoCas9 RNP 以 19% 的平均效率编辑肺组织中致病的 SFTPC 基因，与以前使用病毒或非病毒递送策略观察到的基因组编辑水平相比，这是一个重大改进。这些结果表明，热稳定的 Cas9 RNP-LNP 复合物可以扩大基因组编辑的治疗潜力。