Sempre più scienziati utilizzano il nuovo potente strumento di modifica genetica noto come CRISPR/Cas9, una tecnologia isolata dai batteri, che promette un nuovo trattamento di malattie genetiche come la fibrosi cistica, distrofia muscolare ed emofilia. Ma per lavorare bene, il nuovo strumento di gene-clipping deve essere consegnato in modo sicuro attraverso la membrana cellulare e nel suo nucleo, un processo difficile che può innescare le difese della cellula e "intrappolare" CRISPR/Cas9, riducendo notevolmente il suo potenziale di trattamento.

Ora, i ricercatori del laboratorio dell'esperto di nanochimica Vincent Rotello presso l'Università del Massachusetts Amherst hanno progettato un sistema di somministrazione che utilizza nanoparticelle per assistere CRISPR/Cas9 attraverso la membrana e nel nucleo cellulare evitando l'intrappolamento da parte dei macchinari cellulari. I dettagli appaiono in un recente numero della rivista ACS Nano .

Il capo dell'esperimento del laboratorio, Rubul Mout, dice, "CRISPR ha due componenti:una proteina simile a una forbice chiamata Cas9, e una molecola di RNA chiamata sgRNA che guida Cas9 al suo gene bersaglio. Una volta che la coppia Cas9-sgRNA raggiunge il gene di destinazione nel nucleo, può interrogare i suoi errori genetici e correggerli con l'aiuto del meccanismo di riparazione della cellula ospite".

Sottolinea che da quando il potenziale di CRISPR è stato scoperto per la prima volta nel 2012, l'editing genetico o l'ingegneria del genoma è diventato rapidamente un argomento di ricerca intenso in biologia e medicina. L'obiettivo è curare malattie genetiche altrimenti incurabili manipolando i geni malati. "Però, Per realizzare questo, le aziende biotecnologiche e farmaceutiche sono costantemente alla ricerca di metodi di consegna CRISPR più efficienti, " Aggiunge.

Il nuovo metodo di consegna Rotello, Il progetto di Mout e colleghi prevede l'ingegnerizzazione della proteina Cas9, chiamato Cas9En, e nanoparticelle portatrici. Rotello dice, "Regolando finemente le interazioni tra la proteina Cas9En ingegnerizzata e le nanoparticelle, siamo stati in grado di costruire questi vettori di consegna. I vettori che trasportano la proteina Cas9 e lo sgRNA entrano in contatto con la membrana cellulare, fusibile, e rilascia il Cas9:sgRNA direttamente nel citoplasma cellulare."

"La proteina Cas9 ha anche una sequenza guida nucleare che introduce il complesso nel nucleo di destinazione. La chiave è modificare la proteina Cas9, " aggiunge. "Abbiamo consegnato questa coppia di proteina Cas9 e sgRNA nel nucleo della cellula senza che rimanesse intrappolata nel suo cammino. Abbiamo osservato il processo di consegna dal vivo in tempo reale utilizzando una microscopia sofisticata".

Mout e colleghi affermano che ora possono fornire la coppia di proteine ​​Cas9 e sgRNA in circa il 90% delle cellule cresciute in un piatto di coltura con un'efficienza di modifica di circa il 30%. "Il novanta percento di somministrazione citosolica/nucleare è un enorme miglioramento rispetto ad altri metodi, " fa notare Mou.

I ricercatori ritengono che Cas9En possa anche fungere da piattaforma per la consegna di una varietà di altri materiali come polimeri, nanoparticelle lipidiche o peptidi autoassemblanti. Rotello dice, "Ora che abbiamo ottenuto un efficiente editing genetico nelle cellule in coltura, miriamo a modificare i geni in modelli animali preclinici. Siamo anche interessati all'editing genetico per le terapie adottive, dove una cellula malata viene isolata da un paziente, corretto da CRISPR in laboratorio, e riconsegnato al paziente".

Oltre all'editing genetico, il nuovo metodo di consegna può avere altri usi. Per esempio, un'altra questione importante in biologia e medicina è il monitoraggio del DNA e dell'RNA all'interno delle cellule. Recentemente, CRISPR è stato utilizzato per aiutare in questa ricerca. Moumita Ray, un altro ricercatore del laboratorio Rotello, dice, "Il nostro metodo consente il monitoraggio preciso del movimento della proteina Cas9 all'interno di una cellula, aprendo nuove opportunità nella ricerca genomica".