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靶向CRISPR-Cas9脂質(zhì)納米顆粒在頭頸癌中的治療性基因組編輯

來源:邁安納(上海)儀器科技有限公司   2025年03月13日 14:52  

“本研究介紹了一種安全有效的頭頸癌(HNSCC)瘤內(nèi)表皮生長因子受體(EGFR)靶向的CRISPR-脂質(zhì)納米顆粒(LNP)遞送策略,,用于共封裝CRISPR-Cas9信使核糖核酸(mRNA)和單導向核糖核酸(sgRNA),,以實現(xiàn)SOX2基因的敲除。我們生成了功能性靶向LNPs(tLNPs),,它們共封裝Cas9 mRNA與靶向SOX2的sgRNA,,并涂覆有抗EGFR抗體,。我們評估了它們在HNSCC癌細胞中的攝取和表達,,以及體內(nèi)外的治療效果。結(jié)果顯示,,這些tLNPs能夠特異性地靶向腫瘤細胞,,誘導持久的治療反應,為臨床上高復發(fā)率的實體瘤如HNSCC提供了一種有前景的治療方法,。




01


實驗結(jié)果


1.1 sgRNA篩選與基因編輯效率:


在本研究中,我們針對SOX2基因設計了三種sgRNA(sgSOX2-A,、-B,、-C),,并在具有不同頭頸癌原發(fā)起源的HNSCC細胞系(UMSCC-104和FADU)中進行了篩選。通過轉(zhuǎn)染Cas9蛋白和針對SOX2的sgRNA(形成核糖核蛋白/RNP復合物)后,,比較基因編輯效率,。
Sanger測序和ICE分析結(jié)果顯示,sgSOX2-A在UMSCC-104細胞系中實現(xiàn)了58%的體外基因編輯,,在FADU細胞系中實現(xiàn)了40%的基因編輯,。因此,sgSOX2-A被選為進一步體內(nèi)和體外實驗的最佳導向RNA,。


靶向CRISPR-Cas9脂質(zhì)納米顆粒在頭頸癌中的治療性基因組編輯


圖一,、sgRNA的體外篩選和細胞活性檢測


1.2 基因編輯對細胞活性的影響:


為了評估基因編輯對細胞活性的影響,我們對轉(zhuǎn)染了sgSOX2-RNP的UMSCC104和Fadu HN-SCC細胞進行了XTT增殖實驗,。同時,,使用Turbo-GFP和YAP1 sgRNA作為對照。YAP1是一個誘導癌癥干細胞特性的轉(zhuǎn)錄因子,,在HNSCC中過表達,,與SOX2類似,因此被用作高效和高表達編輯的對照,。實驗結(jié)果表明,,SOX2基因編輯顯著降低了HNSCC細胞的活性。


靶向CRISPR-Cas9脂質(zhì)納米顆粒在頭頸癌中的治療性基因組編輯


圖二,、基因編輯對細胞活性的影響和編輯效率評估


1.3 靶向LNP的表征與基因編輯效率:


我們成功制備了靶向LNPs(tLNPs),,并通過透射電子顯微鏡進行了表征。結(jié)果顯示,,tLNPs具有適當?shù)闹睆?、多分散性指?shù)(PDI)和ζ電位,表明其具有良好的穩(wěn)定性和分散性,。為了確認tLNPs的基因編輯效率,,我們進行了基因編輯分析。結(jié)果顯示,,單次治療tLNPs后,,SOX2位點實現(xiàn)了約17%的基因編輯。


靶向CRISPR-Cas9脂質(zhì)納米顆粒在頭頸癌中的治療性基因組編輯


圖三,、靶向LNP的理化性質(zhì)評價和編輯效率評價


1.4 生物分布與安全性評估:


在體內(nèi)實驗中,,我們評估了tLNPs的生物分布。結(jié)果顯示,,tLNPs能夠特異性地靶向HNSCC腫瘤,,并實現(xiàn)高效的SOX2基因敲除。同時,,我們分析了脾臟和肝臟細胞的基因編輯百分比,,以確認是否存在脫靶編輯。結(jié)果顯示,,未發(fā)現(xiàn)脫靶編輯,。此外,我們還評估了tLNPs的免疫原性和毒性,。結(jié)果顯示,,SOX2-cLNPs無毒性或免疫原性。


靶向CRISPR-Cas9脂質(zhì)納米顆粒在頭頸癌中的治療性基因組編輯


圖四,、靶向LNP的體內(nèi)攝取,、分布和表達



1.5 靶向tLNPs在HNSCC小鼠模型中的治療效果:


為了探索靶向tLNPs在體內(nèi)介導治療性基因編輯的能力,我們評估了其抑制HNSCC腫瘤生長的效果。我們使用異種移植HNSCC小鼠模型,,通過瘤內(nèi)注射靶向tLNPs,。結(jié)果顯示,與未治療組相比,,靶向tLNPs組實現(xiàn)了90%的腫瘤生長抑制和90%的生存率提高(>84天),,且50%的小鼠腫瘤全部消失。這一結(jié)果表明,,靶向tLNPs能夠高效,、特異性地靶向HNSCC腫瘤,并實現(xiàn)持久的治療反應,。


靶向CRISPR-Cas9脂質(zhì)納米顆粒在頭頸癌中的治療性基因組編輯


圖五,、靶向LNP的體內(nèi)藥效評價

02


討論


本研究成功開發(fā)了針對頭頸癌的EGFR靶向CRISPR-LNP遞送策略,實現(xiàn)了SOX2基因的敲除,,并評估了其治療效果,。結(jié)果顯示,這些tLNPs能夠特異性地靶向腫瘤細胞,,誘導持久的治療反應,。這一策略為臨床上高復發(fā)率的實體瘤如HNSCC提供了一種有前景的治療方法。

然而,,本研究仍存在一些局限性,。例如,盡管tLNPs在HNSCC癌細胞中表現(xiàn)出良好的治療效果,,但其在其他類型癌癥中的適用性尚需進一步驗證,。此外,CRISPR-Cas9系統(tǒng)的脫靶效應也是一個需要關注的問題,。在未來的研究中,,我們將繼續(xù)優(yōu)化tLNPs的制備和遞送策略,以降低脫靶效應并提高治療效率,。



03


結(jié)論



本研究成功開發(fā)了針對頭頸癌的EGFR靶向CRISPR-LNP遞送策略,,并評估了其治療效果。結(jié)果顯示,,這些tLNPs能夠特異性地靶向腫瘤細胞并誘導持久的治療反應,。這一策略為臨床上高復發(fā)率的實體瘤提供了一種有前景的治療方法,值得進一步研究和推廣,。


參考文獻:Masarwy, Razan, et al. "Targeted CRISPR/Cas9 lipid nanoparticles elicits therapeutic genome editing in Head and Neck Cancer." Advanced Science (2024): 2411032.



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