Forskare från Tomsk Polytechnic University tillsammans med sina kollegor från St. Petersburg, Hamburg och London har funnit att polymer- och hybridkiseldioxidbelagda mikrokapslar är mer effektiva vid genomredigering vid applicering av CRISPR-Cas9. I framtiden, denna gemensamma utveckling kommer att avsevärt förenkla och öka effektiviteten av genomredigering, som kan behandla tidigare obotliga ärftliga sjukdomar som Alzheimers, blödarsjuka och många andra.
Resultaten av studien publicerades i Nanomedicin:Nanoteknik, Biologi och medicin .
Clustered regulatory interspaced short palindromic repeats / Cas9 (CRISPR-Cas9) är en revolutionerande genomredigeringsteknologi med enorm potential för forskning och kliniska tillämpningar. Enligt medförfattare Prof. Boris Fehse vid University Medical Center Hamburg–Eppendorf, bakterier har ett adaptivt immunsystem som säkerställer igenkänning och utrotning av virus (bakteriofager) om de försöker infektera dem mer än en gång. För det här syftet, bakterier införlivar korta sekvenser av det virala genomet i sitt eget genom (i CRISPR-regionen) och använder dem som en mall för att syntetisera korta komplementära RNA som känner igen ett faggenom med hjälp av nyckellåsprincipen (liknande humana antikroppar som känner igen patogener som försöker infektera en person upprepade gånger).
CRISPR-Cas 9-procedurer utgör en säkerhetsutmaning. "Dessa leveransmetoder är mycket giftiga. När de används, några av de redigerade cellerna dör. Till exempel, vid leverans av biomaterial genom elektroporering, endast 40 till 50 procent av cellerna överlever, säger Alexander Timin, en av artikelns huvudförfattare.
För att lösa det här problemet, forskarna bestämde sig för att använda 2-2,5 mikrometer (μm) polymer- och hybridkapslar belagda med kiseldioxid (SiO2). De laddas med genetiskt material och levereras till målcellen. Det absorberar dem genom mikropinocytos, en process där celler fångar upp relativt stora partiklar. Således, mikrokapslar kommer in i cellernas cytoplasma och frigör deras innehåll. Själva skalet löses gradvis upp.
"Leveranseffektivitet med dessa mikrokapslar uppnås på grund av låg toxicitet. Studien visade att över 90 procent av cellerna överlever efter transfektion. Alltså, andelen redigerade celler blev betydligt högre i jämförelse när liposomer användes för transfektion, säger Alexander Timin.
Resultaten gör det möjligt för forskarna att dra slutsatsen att mikrokapslarna representerar lovande vektorer för användning av genomredigeringsverktyg. Nästa steg, enligt forskarna, kommer att vara tillämpningen av CRISPR-Cas9 med hjälp av mikrokapslar för att leverera genetiskt material i in vivo-studier.
