不靠病毒潜入体内 “上帝的手术刀”更安全

　　在把CRISPR-Cas9送到细胞中时，需要借助载体的帮助。其中病毒载体是目前最流行的递送方式，但其成本高、存在脱靶效应，还会对人体产生致癌风险。而这次浙江大学研究团队的最新成果，为非病毒载体在基因编辑中的运用打开了另一扇窗。

　　精确定位并切断DNA上的基因位点，关闭某个基因或引入新的基因片段，让失去希望的病人重获治愈的可能……CRISPR基因编辑技术，自问世以来就被誉为“上帝的手术刀”。

　　但是，这个神奇的“手术刀”居然也有失手的时候，其脱靶效应一直是阻碍其应用的关键障碍之一。

 

　　近日，由来自南京大学、厦门大学和南京工业大学的科研人员，开发出一种“基因剪刀”工具的新型载体，可实现基因编辑可控，在癌症等重大疾病治疗方面具有广阔的应用前景。目前，该成果已在新一期美国《科学进展》杂志上发表。

　　来自病毒载体的担忧

　　转基因大豆油、抗虫棉花、甚至是免疫艾滋病的基因编辑婴儿……虽然争论不休，但在短短数十年时间里，基因编辑技术作为一个新时代的产物，还是迅速地跟多数普通人建立起联系。但是，说到其中运用的工具和原理，很多人就不太熟悉了。

　　自上世纪60年代揭示遗传密码的秘密之后，人类对基因的改造尝试就从未停止过。用更形象的说法，基因编辑可以理解为，利用“基因剪刀”将DNA链条断开，对目标DNA片段进行改造的过程，无论是增添还是敲除基因，本质上都是从分子水平改变生物的性状。

　　目前，科学家们最普遍使用的“基因剪刀”是一种名为CRISPR-Cas9的外源DNA，它的诞生离不开细菌。病毒为了自身繁衍利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务，细菌在与病毒抗争的过程中，在体内进化出CRISPR系统，能够不露声色地将病毒基因从自己的染色体上切除。科学家们正是利用了这一特性，开发出了这款尖端的“基因剪刀”。

　　如何把CRISPR-Cas9送到细胞中去？这就需要借助到载体的帮助。

　　根据基因载体来源，我们可以把基因载体分成5大类，分别是质粒载体、噬菌体载体、病毒载体、非病毒载体和微环DNA。其中病毒载体是目前最流行的递送方式，截至2018年6月，临床试验中超过70%的基因药物载体为病毒。将复合物连接到病毒后，病毒侵入靶细胞的细胞核，CRISPR-Cas9这把“基因剪刀”才能发挥出真正的功能。

　　逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒(AAV)，这三大类病毒，已经在提供遗传物质的治疗方面进行了广泛的应用。然而，构建病毒载体是一个艰苦而且高成本的过程，并且运用这些病毒载体递送并不能做到万无一失。“CRISPR-Cas9的优势很明显，劣势也明显。它存在脱靶效应，也可能会切断目标之外的其他区域，对正常的区域进行切除时，就会产生很大的损伤。”南京大学现代工程与应用科学学院教授宋玉君说。

　　研究表明，病毒类载体在CRISPR-Cas9系统中存在着固有缺点，包括致癌风险，插入大小限制以及会在人体内产生免疫反应。例如，逆转录病毒可能造成插入性突变，导致癌症发生，向静脉高剂量注射AAV用于基因治疗也会产生严重毒性。

　　更安全的基因编辑载体来了

　　病毒作为运输载体用于基因工程的安全性还不能完全掌控，因此科学家们提出了几种替代的非病毒递送材料，包括金纳米颗粒、黑磷、金属有机骨架、氧化石墨烯和各种纳米材料。

　　相比病毒，这些材料在安全性上有了很大的提升。但是，基因编辑的时间和基因编辑的

　　过程，仍然无法为科学家所控制。

　　发表在《科学进展》杂志上的最新科研成果中，来自南京大学、厦门大学和南京工业大学的科研人员开发出一种“基因剪刀”工具的新型非病毒载体，可以通过近红外光控制“修剪”基因的方式，实现体内时间和空间上的基因编辑可控，在癌症等重大疾病治疗方面具有广阔的应用前景。

　　针对CRISPR-Cas9的脱靶效应，研发团队经过长达一年半的试验，研发出一种名叫“上转换纳米粒子”的非病毒载体，这种纳米粒子可以被细胞大量内吞，通过一种光敏化合物将CRISPR-Cas9锁定在上转换纳米粒子上。

　　宋玉君表示：“红外光具有强大的组织穿透性，这为在人体深层组织中安全、精准地应用基因编辑技术提供了可能。”

　　实验的触发装置就在于两种光——近红外光和紫外光。近红外光和紫外光具有特殊的性质，前者可以穿透人体组织到达目标位置，后者则可以实现切断光敏分子。暴露在近红外光下，这些纳米粒子吸收低能近红外辐射并将其转化为可见的紫外光，能够自动打开纳米粒子和Cas9蛋白之间的“锁”，使Cas9蛋白进入细胞核，从而实现对靶点基因精准敲除，诱发肿瘤细胞凋亡。