天津大学仰大勇团队Sci Adv：DNA纳米材料可控组装赋能肿瘤基因治疗

CRISPR-Cas9作为一种高效的基因编辑技术，为疾病的精准治疗带来了新机遇。在不同的CRISPR-Cas9递送形式中，Cas9核糖核蛋白复合物（RNP）因具有瞬时、快速、高基因编辑效率的优势，具有更广阔的应用前景。然而，受限于Cas9 RNP的细胞摄取效率低、易在血液循环中失活的缺点，Cas9 RNP的可控递送仍然是该领域发展的关键挑战。因此，亟需发展兼具高效负载和响应释放功能的Cas9 RNP递送载体。DNA是一种具有序列可编程性质与分子识别能力的生物大分子，可以实现对材料结构和功能的精准调控，用于构筑具有自组装能力和刺激响应性的新型纳米载体，实现对Cas9 RNP的可控递送。

近期，天津大学化工学院仰大勇教授（点击查看介绍）团队设计发展了一种DNA纳米框架的级联动态组装/解组装策略，实现了基因编辑CRISPR-Cas9系统的可控递送。相关成果发表于国际权威期刊Science Advances。仰大勇教授和姚池副教授为共同通讯作者，博士研究生宋纳川和硕士研究生初宜文为共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金委项目资助。

图1. DNA纳米框架的级联动态组装/解组装实现Cas9 RNP的可控递送

研究团队利用沉淀聚合反应合成DNA纳米框架，通过两种策略实现了纳米限域内Cas9 RNP的高效负载：（1）通过杂交链式反应（HCR）扩大DNA纳米框架的内部孔径，同时负载Cas9 RNP的组分sgRNA。（2）DNA纳米框架具有独特的相转变特性，在低温（4 ℃）下转变为溶胀态，暴露出框架内部的sgRNA，有利于Cas9蛋白的结合；当恢复至生理温度（37 ℃）时，DNA纳米框架转变为凝聚态，实现对Cas9 RNP的高效负载。此外，在纳米框架合成过程中，通过添加含有二硫键的交联剂，赋予DNA纳米框架响应癌细胞内高浓度谷胱甘肽（GSH）而动态解散的能力。暴露出的Cas9 RNP能够在癌细胞中过表达的核糖核酸酶H（RNase H）作用下响应释放，实现癌细胞内高效基因编辑。这种多功能的DNA纳米框架在乳腺癌细胞及小鼠乳腺癌皮下肿瘤模型的治疗中取得了显著效果，并对正常细胞和组织具有良好的生物相容性。这一DNA纳米框架动态组装/解组装策略为基因药物的可控递送提供了有潜力的解决方案，有望促进精准医疗的发展。

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Cascade dynamic assembly/disassembly of DNA nanoframework enabling the controlled delivery of CRISPR-Cas9 system

Nachuan Song, Yiwen Chu, Shuai Li, Yuhang Dong, Xiaoting Fan, Jianpu Tang, Yanfei Guo, Guangshuai Teng, Chi Yao, Dayong Yang

Sci. Adv., 2023, DOI: 10.1126/sciadv.adi3602

研究团队简介

仰大勇课题组聚焦DNA功能材料化学组装与智能制造，并探索在重大疾病诊断治疗中的应用。课题组主页：http://yanglab-dna.com/ 

https://www.x-mol.com/university/faculty/48490