Nền tảng chỉnh sửa gen mới mở rộng phạm vi sử dụng của chỉnh sửa gen CRISPR

CRISPR RNP (CRISPR SNA hoạt động: phức hợp với RNA dẫn đường sợi đơn (màu đỏ), CRISPR SNA có thể nhận biết và cắt gen mục tiêu được quan tâm (màu vàng)). Phức hợp protein Cas9 và RNA dẫn đường được gọi là ribonucleoprotein (RNP). Nguồn: Phòng thí nghiệm Mirkin/ Đại học Northwestern.

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Northwestern đã phát minh ra một nền tảng mới để chỉnh sửa gen có thể cung cấp thông tin cho ứng dụng trong tương lai như một thư viện gần như không giới hạn của liệu pháp trị liệu dựa trên CRISPR.

Bằng việc sử dụng các kỹ thuật và phương pháp tổng hợp hóa học, các nhà nghiên cứu đã kết hợp một công nghệ đoạt giải Nobel với các công nghệ điều trị được phát triển trong phòng thí nghiệm của riêng họ để khắc phục hạn chế cơ bản của CRISPR.

Cụ thể, công trình đột phá này cung cấp một hệ thống vận chuyển nguyên liệu cần thiết để tạo ra hệ thống chỉnh sửa gen được gọi là CRISPR-Cas9. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một cách để biến đổi protein Cas-9 thành một axit nucleic hình cầu (SNA) và gắn nó với các thành phần quan trọng theo yêu cầu để ghép vào một loạt các loại mô và tế bào, hệ thống nội màng cần thiết để chỉnh sửa gen.

Nghiên cứu, được công bố ngày 6/10/2022 trong một bài báo có tiêu đề "CRISPR Axit Nucleic hình cầu", trên tạp chí xuất bản của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, và chỉ ra cách CRISPR SNA có thể được chuyển qua màng và vào trong nhân tế bào trong khi vẫn giữ được hoạt tính sinh học và khả năng chỉnh sửa gen.

Công trình được xây dựng dựa trên nỗ lực kéo dài 25 năm của nhà tiên phong công nghệ nano Chad A. Mirkin, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, nhằm khám phá các đặc tính của SNA và các yếu tố phân biệt chúng với người anh em họ hàng nổi tiếng của chúng, bản thiết kế sự sống. Ông nổi tiếng với việc phát minh ra SNA, cấu trúc thường bao gồm các hạt nano hình cầu được bao phủ dày đặc bởi DNA hoặc RNA, mang lại cho chúng các đặc tính hóa học và vật lý hoàn toàn khác với các dạng axit nucleic được tìm thấy trong tự nhiên.

Mirkin là một Giáo sư Hóa học George B. Rathmann (một chức danh Giáo sư được thiết lập bởi Amgen và Quỹ gia đình Rathmann) tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Weinberg ở Northwestern và là giám đốc của Viện Công nghệ Nano Quốc tế. Ông cũng là giáo sư về kỹ sư hóa học và sinh học, y sinh và khoa học vật liệu và kỹ sư tại Trường Kỹ thuật McCormick; là giáo sư y khoa tại Trường Y khoa Feinberg thuộc Đại học Northwestern.

Nhiều lớp SNA tồn tại, với lõi và vỏ của các thành phần hóa học và kích thước khác nhau, và SNA hiện đang được đánh giá là liệu pháp điều trị tiềm năng trong sáu thử nghiệm lâm sàng ở người, bao gồm các thử nghiệm đối với các bệnh suy nhược như u nguyên bào thần kinh đệm đa dạng (ung thư não) và nhiều loại ung thư da.

Mirkin cho biết: “Các cấu trúc nano mới này cung cấp một đường hướng cho các nhà nghiên cứu để mở rộng phạm vi ứng dụng của CRISPR bằng cách mở rộng đáng kinh ngạc các loại tế bào và mô mà CRISPR có thể được tiếp cận”. "Chúng tôi đã biết SNA cung cấp quyền truy cập đặc quyền vào da, não, mắt, hệ thống miễn dịch, đường tiêu hóa, tim và phổi. Khi kiểu truy cập này được kết hợp với một trong những đổi mới quan trọng nhất của khoa học y sinh trong một phần tư thế kỷ qua, những điều tốt đẹp sẽ tiếp nối".

Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm của Mirkin đã sử dụng Cas9, một loại protein cần thiết để chỉnh sửa gen, làm cốt lõi của cấu trúc và gắn các sợi DNA vào bề mặt của nó để tạo ra một loại SNA mới. Ngoài ra, những SNA này đã được gắn sẵn RNA có khả năng thực hiện chỉnh sửa gen và dung hợp với các peptide để kiểm soát khả năng vượt qua các rào ngăn cản của tế bào, do đó tối đa hóa hiệu quả. Những SNA này, giống như các lớp SNA khác, xâm nhập vào tế bào một cách hiệu quả mà không cần sử dụng tác nhân chuyển nạp (thường cần thiết để cung cấp nguyên liệu di truyền vào tế bào) và thể hiện hiệu quả chỉnh sửa gen cao từ 32% đến 47% trên một số dòng tế bào chuột và người.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nghiên cứu sinh Chi Huang, Zhenyu (Henry) Han và Michael Evangelopoulos.

Phòng TTKHQS dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2022-10-gene-editing-platform-broadens-scope-crispr.html