編輯遺傳密碼的新工具為遺傳性疾病、某些癌症甚至頑固病毒感染的新療法帶來了希望。但是，將基因療法傳遞到身體特定組織的典型方法可能是複雜的，並可能導致令人不安的副作用。

        威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員通過將基因編輯有效載荷裝入可定製的微型合成納米膠囊中解決了其中的許多問題。近日他們在《Nature Nanotechnology》雜誌上描述了這種新型的遞送係統。

        威斯康星大學麥迪遜分校威斯康星發現研究所(Wisconsin Institute for Discovery at UW-Madison)的生物醫學工程教授、研究員Shaoqin "Sarah" Gong說："為了編輯細胞中的基因，編輯工具需要安全有效地植入細胞。"她的實驗室專門設計和構建用於靶向治療的納米級傳輸係統。

        威斯康辛大學麥迪遜分校生物醫學工程教授、全美基因組編輯協會指導委員會聯席主席Krishanu Saha表示："在注射基因療法後，編輯體內錯誤的組織是一個嚴重的問題。"該協會得到了美國國立衛生研究院(National Institutes of Health) 1.9億美元的資助。"如果生殖器官被無意中編輯了，那麼病人就會把編輯的基因遺傳給他們的孩子和後代。"

        Gong說，大多數基因組編輯都是通過病毒載體完成的。病毒侵入細胞並利用細胞自身的機製製造新的病毒拷貝已有數十億年的經驗。在基因治療中，病毒可以被改造成攜帶基因組編輯機製，而不是攜帶自己的病毒基因進入細胞。然後，編輯機製可以改變細胞的DNA，比如說，糾正導致或導致疾病的遺傳密碼中的一個問題。

        "病毒載體很有吸引力，因為它們可以非常有效，但它們也與許多安全問題有關，包括不受歡迎的免疫反應，"Gong說道。

        新的細胞靶點也可能需要費力地改變病毒載體，而定製病毒載體的製造可能是複雜的。Saha說："如果要定製許多病毒載體來傳遞到體內特定的細胞或組織是非常困難的。"

        Gong的實驗室將基因治療的有效載荷--也就是基因編輯工具CRISPR-Cas9的一個版本，用Saha實驗室設計的導向RNA--包裹在一個薄的聚合物外殼上，形成一個直徑約25納米的膠囊。納米膠囊的表麵可以裝飾有多肽等官能團，使納米顆粒能夠靶向某些細胞類型。

        納米膠囊在細胞外保持完整--例如，在血液中--隻有在目標細胞內被一種叫做穀胱甘肽的分子觸發時才會分裂。然後，釋放的有效載荷移動到細胞核，編輯細胞的DNA。由於納米膠囊在細胞細胞質內的壽命較短，因此有望減少意外的基因編輯。

        該項目結合了威斯康辛大學麥迪遜分校在化學、工程、生物學和醫學方麵的專業知識。兒科學和眼科教授Bikash R. Pattnaik和比較生物科學教授Masatoshi Suzuki及其團隊分別用納米膠囊演示了老鼠眼睛和骨骼肌的基因編輯。

        由於納米膠囊可以被冷凍幹燥，因此可以方便地提純、儲存和作為粉末運輸，同時為劑量控製提供靈活性。威斯康辛校友研究基金會的研究人員正在申請納米顆粒的專利。

        Gong說："納米膠囊體積小、穩定性好、表麵修飾的多功能性以及編輯效率高，使其成為許多基因療法的一個有前景的平台。"

        該團隊的目標是進一步優化正在進行的研究中有效編輯大腦和眼睛的納米膠囊。