一种经过优化的脂质纳米颗粒平台能够高效地在难以转染的细胞中进行CRISPR/Cas9基因组编辑

《Acta Biomaterialia》：An optimised lipid nanoparticle platform enables efficient CRISPR/Cas9 genome editing in hard-to-transfect cells

　　

Xinpu Yang|Rui Sang|Gyorgy Hutvagner|Alex W Hewitt|Diangeng Li|Yi Li|Wei Deng

摘要

CRISPR/Cas9 是一种强大的基因组编辑和功能基因研究工具，但其治疗潜力常常受到转染效率低下的限制，尤其是在难以修饰的细胞类型中。在这项研究中，我们开发并优化了一种脂质纳米颗粒（LNPs）平台，该平台能够提高 CRISPR/Cas9 在多种细胞类型中的基因组编辑效果，包括那些使用市售脂质递送剂难以修饰的细胞类型。我们设计的脂质纳米颗粒具有稳定的粒径（小于 100 纳米）、低多分散性和高包封效率。利用该平台，在 HEK-293 细胞中实现 GFP 基因敲除的效率达到了 78.7%，并且在冻干和复溶后仍能保持这一效率。在 MDA-MB-231 细胞中敲除 LCN2 基因后，mRNA 表达减少了 90.8%，这一效果优于使用 CRISPRMAX Lipofectamine 时仅实现的 51.1% 的减少幅度；功能实验进一步证实，LCN2 基因的破坏显著抑制了细胞增殖和迁移。CRISPR/Cas9 与 GFP HDR 模板的联合递送实现了精确的基因敲入，在 HEK-293 细胞中的效率超过 20%，在 MSCs 和 DC2.4 细胞中的效率超过 8%，明显优于 Lipofectamine 3000 递送试剂。鉴于 CRISPR 在生物医学研究中的应用迅速扩展，我们基于脂质纳米颗粒的递送系统代表了一种具有广泛治疗应用前景的非病毒性平台，尤其是在难以修饰的细胞类型中。

意义声明

CRISPR/Cas9 是一种用于功能基因组学和治疗开发的革命性基因编辑技术；然而，其广泛应用受到安全高效递送系统缺乏的制约，尤其是在难以转染的细胞类型中。脂质纳米颗粒（LNPs）是一种有前景的非病毒性递送策略，但由于细胞膜性质的差异，其转染效率在不同细胞系中存在显著差异。在这里，我们开发并优化了一种脂质纳米颗粒平台，该平台能够在多种具有挑战性的细胞类型中实现高效 Cas9/sgRNA 介导的基因敲除和敲入，其效果始终优于市售的转染试剂。这些发现表明，这种脂质纳米颗粒系统是一种多功能且有效的非病毒性平台，能够克服现有商业脂质递送剂在难以修饰的细胞类型中的关键限制，为未来的临床应用提供了有希望的策略。