飞蛾和磁铁可以拯救生命 实验性治疗可以修复导致遗传性疾病的突变

依靠飞蛾感染病毒和纳米磁铁的新技术可以用来编辑导致镰状细胞病、肌营养不良和囊性纤维化等疾病的缺陷基因。

莱斯大学的生物工程师冈保将磁性纳米粒子与从特定种类的蛾子中提取的病毒容器相结合，以提供CRISPR/Cas9有效载荷，并通过空间控制修改特定组织或器官中的基因。

因为磁场操作简单，又不同于光，所以很容易穿过组织。因此，鲍和他的同事们希望通过激活血液中灭活的病毒来控制病毒载荷在靶组织中的表达。

这项研究发表在《自然生物医学工程》上。在自然界中，CRISPR/Cas9通过记录入侵者的DNA来支持微生物的免疫系统。这使得微生物能够识别和攻击返回的入侵者，但科学家们一直在竞相调整CRISPR/Cas9，以修复导致遗传疾病的突变，并在实验室实验中操纵DNA。

CRISPR/Cas9可能会预防遗传性疾病——如果科学家能够将基因组编辑机器发送到体内正确的细胞。然而，障碍仍然存在，特别是在有效提供基因编辑有效载荷方面。

鲍说，这是必要的编辑细胞在体内，以治疗各种疾病。“但通过空间控制将基因组编辑机器有效地传递到体内的靶组织仍然是一个重大挑战，”包说。“即使局部注射病毒载体，也会泄漏到其他组织器官，可能会有危险。”

鲍研究小组开发的这种载体是基于感染苜蓿的病毒(苜蓿尺蠖)，这是一种原产于北美的蛾子。圆柱形杆状病毒载体(BV)，即携带有效载荷的病毒部分被认为很大，直径可达60 nm，长度为200-300 nm。鲍说，这足以传输超过38，000个碱基对的DNA，足以为靶细胞提供多个基因编辑单位。

他说，将BV和磁性纳米颗粒结合起来的灵感来自于与博士后研究员、Rice的共同主要作者朱海宝的讨论。他在新加坡博士后研究期间了解到这种病毒，但在加入包实验室之前对磁性纳米粒子一无所知。赖斯的团队之前使用氧化铁纳米颗粒和施加磁场打开血管壁的经验足以让大分子药物通过。

“我们真的不知道这是否适用于基因编辑，但我们认为，‘值得一试’，”包说。

研究人员使用磁性纳米粒子激活BV，仅在需要时提供基因编辑有效载荷。为此，他们使用一种叫做C3的免疫系统蛋白质，这种蛋白质通常可以灭活杆状病毒。

“如果我们将BV与磁性纳米粒子结合起来，我们可以通过施加磁场来克服这种失活，”鲍说。“美妙的是，当我们提供它时，基因编辑只发生在我们施加磁场的组织或部分组织中。”

磁场的施加允许BV转导，即把基因编辑品导入靶细胞的有效载荷传递过程。有效载荷也是DNA，它编码报告基因和CRISPR/Cas9系统。

在测试中，BV装载有绿色荧光蛋白或萤火虫荧光素酶。含有蛋白质的细胞在显微镜下闪闪发光，实验表明，在细胞培养物和实验室动物中，磁体在靶向递送BV货物方面非常有效。

巴指出，他和其他实验室正在研究携带腺病毒相关病毒(AAV)的CRISPR/Cas9的运送，但他表示，BV的治疗载货量约为BV的8倍。“然而，有必要使BV向靶细胞的转导更加有效，”他说。

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