细胞:大进步！使用修饰的病毒样颗粒在体内高效地将基因编辑蛋白递送到宿主细胞中

2022年1月18日/Bion/-基因编辑方法有望治疗一系列疾病，但事实证明，将基因编辑的试剂安全有效地输送到动物模型和人体细胞中充满挑战。现在，在一项新的研究中，来自美国布罗德研究所、加州大学欧文分校、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和其他研究机构的研究人员已经开发出一种方法，可以以足够高的效率将基因编辑蛋白输送到动物模型的细胞中，并显示出治疗效果。相关研究成果于2022年1月11日在线发表在《细胞杂志》(Cell Journal)上，标题为“高效体内递送治疗蛋白的工程病毒样颗粒”。

在这项新的研究中，这些作者展示了他们如何使用工程病毒样颗粒(EVLP)来传递碱基编辑器-可以实现可编程的单碱基变化的蛋白质-和CRISPR-Cas9核酸酶，这是一种在基因组目标位点切割脱氧核糖核酸的蛋白质。他们使用自己开发的eVLP，禁用了可能与小鼠高胆固醇水平有关的基因，并部分恢复了基因突变导致性失明的小鼠的视觉功能。

长期以来，科学家们一直在研究病毒样颗粒(VLP)作为一种潜在的药物输送。VLP是由携带分子货物的病毒蛋白组成的小结构，但它不含病毒的遗传物质，不会引起感染。因为VLP缺乏病毒的遗传物质，它们可能比使用实际病毒的其他递送方法更安全，因为病毒可能将其物质插入细胞基因组并可能导致癌症。

这些作者已经确定了VLP的几个限制其输送效率的特征，并修改了这种粒子的结构以克服这些瓶颈。他们说，由此产生的eVLP是第一个将治疗性基因编辑蛋白输送到成年动物各种组织的VLP。

图片来自单元格，2022，doi :10.1016/j . cell . 2021 . 12 . 021

在这项新的研究中，当基因编辑复合物作为蛋白质被eVLP递送时，这些作者没有检测到任何偏离目标的编辑，但是当基因编辑器作为DNA递送时，他们检测到了。他们的观察结果证实了先前的研究已经显示了以蛋白质形式使用基因编辑试剂的好处，并表明eVLP可以安全地递送它们。他们补充说，他们开发的eVLP不仅可以用于基因编辑，还可以用于递送其他治疗蛋白。

论文作者、布罗德研究所默金技术研究所所长刘中达教授说，“尽管体内递送是一个反复出现的挑战，但这是基因编辑在未来发挥重要作用的一个关键方面。”

刘说，“一直是最具吸引力的递送技术之一，但它一直受到体内蛋白质递送效率低的困扰。通过合理开发分子解决方案来解决VLP给药的具体挑战，我们开发了eVLP，它可以大大提高体外培养细胞的给药效率，并在动物体内实现高效给药。”

交货瓶颈

几十年来，VLP吸引了科学家的注意，因为它的行为类似于病毒，它可以进入细胞并输送治疗蛋白等物品。人们可以使用VLP表面的不同分子来影响他们体内的最终目的地，如肝脏或神经元。

为了利用这些特性，提高交付效率，刘和他的研究团队系统地修改了架构的不同部分，以优化几个关键步骤的生成、商品如何打包到以及商品如何在单元中发布和分发。

他们最终版本的eVLP包装的货物蛋白质是他们之前设计的VLP的16倍，并且可以将细胞和动物的编辑效率提高8到26倍。正如他们假设的那样，他们没有看到在不需要的位点编辑的证据，也没有看到病毒脱氧核糖核酸被整合到用eVLP处理的细胞基因组中。

该论文的共同第一作者、刘实验室博士生Aditya Raguram表示，“由于eVLP提供了强大的靶向编辑功能，并最大限度地减少了非靶向编辑，我们希望这将是一种更安全的体内递送基因编辑试剂的方式。”

EVLP在工作。

这些作者使用他们优化的eVLP系统来纠正小鼠和人类细胞中的一系列突变，并在某些情况下观察到95%的编辑效率。

这些作者随后使用eVLP将碱基编辑器递送到小鼠的肝脏，在那里他们有效地编辑了Pcsk9基因，其中一旦该基因发生突变，就可以大大降低血液中“坏”胆固醇水平，从而降低患心脏病的风险。他们发现，通过单次注射导致Pcsk9基因突变的程序性eVLP，Pcsk9的平均编辑率达到63%，蛋白水平下降了78%。他们说，他们预计这些结果将大大降低患冠心病的风险。

这些作者还使用单次注射eVLP来恢复失明突变小鼠的视觉功能。他们纠正了Rpe65基因的突变，实现的编辑效率与其他碱基编辑和递送技术相当，但非靶标编辑和病毒DNA整合的风险较小。

这些作者还将eVLP直接注射到小鼠的大脑中，并观察到暴露于eVLP的细胞可以达到大约50%的编辑效率。未来的研究工作将集中在改善eVLP在整个大脑中的分布，但这些结果表明，它有望向极难靶向的器官输送基因编辑试剂。

论文合著者、刘实验室博士后研究员Samagya Banskota表示，“eVLP结合了病毒传递系统和非病毒传递系统的优势。它也是可编程的，相对容易生产，这使得它成为一个有前途的蛋白质输送工具。我们希望科学界采用我们的eVLP，并利用它来改善对患者的治疗性高分子输送。”