In uno studio pubblicato su MedComm—Biomaterials and Applications Il professor Changyang Gong e il suo dottorato di ricerca. lo studente Shiyao Zhou elabora il meccanismo del sistema CRISPR/Cas9. Il sistema CRISPR/Cas9 è costituito dalla proteina Cas9 e dall'RNA direzionale a filamento singolo (sgRNA).
In presenza del motivo adiacente al protospacer (PAM), lo sgRNA guida accuratamente l'endonucleasi Cas9 nelle regioni bersaglio, dove provoca rotture del doppio filamento del DNA (DSB), con conseguente cambiamento genomico sito specifico. La riparazione endogena del DNA può avvenire in seguito alla creazione di un DSB attraverso due percorsi primari di modifica del genoma:unione delle estremità non omologhe (NHEJ) o riparazione diretta dall'omologia (HDR).
Utilizzando le caratteristiche biologiche di Cas9 prendendo di mira specifiche sequenze di DNA sotto la guida di sgRNA, gli scienziati hanno ulteriormente sviluppato strumenti di attivazione e inibizione del targeting genetico basati su dCas9, chiamati rispettivamente CRISPRa e CRISPRi.
Nel documento vengono delineate le caratteristiche di tre forme di carichi CRISPR/Cas9. Tre forme di consegna del sistema CRISPR/Cas9 sono plasmidi, mRNA/sgRNA e complessi ribonucleoproteici (RNP), ognuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi.
Tuttavia, indipendentemente dalla forma del carico utile, è difficile per CRISPR/Cas9 penetrare nelle cellule bersaglio. Pertanto, è essenziale sviluppare una strategia nanotecnologica efficace per la diffusione di CRISPR/Cas9.
Le tecniche di somministrazione basate sulla nanotecnologia per queste tre categorie per il trattamento del cancro sono riassunte nel documento. Sebbene i vettori virali siano i vettori di somministrazione più comunemente utilizzati per il sistema CRISPR/Cas9, le loro applicazioni sono state limitate a causa di inconvenienti quali capacità di confezionamento limitata, elevata immunogenicità e mancanza di targeting dei tessuti.
I nanovettori, le nanoparticelle conclusive a base di lipidi cationici, le nanoparticelle a base di polimeri/polipeptidi cationici, i nanomateriali inorganici, le nanostrutture di DNA, le nanoparticelle a base di oro e gli esosomi o le vescicole extracellulari, sono attualmente metodi di consegna promettenti per i sistemi CRISPR/Cas9.
Prendendo come esempio i vettori non virali a base di lipidi cationici, i vettori di lipidi cationici possono caricare il sistema CRISPR/Cas9 tramite interazioni elettrostatiche. Inoltre, il targeting dei vettori può essere migliorato mediante la modifica del ligando o la modifica strutturale per promuovere l'assorbimento cellulare e migliorare l'efficienza di rilascio.
Attivati da specifici ambienti intracellulari o segnali extracellulari, i nanovettori reattivi possono anche ottenere un rilascio specifico di CRISPR/Cas9 per l’editing genetico controllabile spaziotemporalmente. Questi sistemi di somministrazione intelligente basati sulla nanotecnologia migliorano significativamente le capacità terapeutiche del sistema CRISPR/Cas9 contro i tumori e ne riducono notevolmente gli effetti fuori bersaglio.
I ricercatori forniscono nuove informazioni sulle direzioni future della ricerca nella fornitura del sistema CRISPR/Cas9 basato sulla nanotecnologia. L’editing genetico utilizzando la nanotecnologia CRISPR/Cas9 rappresenta una nuova alba nel campo della terapia del cancro. L'ottimizzazione e il miglioramento continui dei vettori non virali di rilascio di CRISPR/Cas9 mostrano il suo grande potenziale per la ricerca e l'applicazione nel campo della terapia oncologica.
Tuttavia, la maggior parte della ricerca è ancora nelle fasi iniziali. CRISPR/Cas9 presenta molti problemi irrisolti a livello molecolare. In conclusione, la terapia mirata personalizzata basata su CRISPR/Cas9 potrebbe essere il futuro della terapia antitumorale e portare nuove speranze per il trattamento dei tumori.
Ulteriori informazioni: Shiyao Zhou et al, Sistema di rilascio CRISPR/Cas9 basato sulla nanotecnologia per l'editing del genoma nel trattamento del cancro, MedComm—Biomaterials and Applications (2024). DOI:10.1002/mba2.70
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