研究团队开发了一种先进的递送系统，能够将基于CRISPR/Cas9基因编辑系统的基因编辑工具以显著更高的效率运输到活细胞中。其技术ENVLPE利用工程化的非感染性病毒样颗粒精确修正缺陷基因——在因突变而失明的活小鼠模型中成功展示。这一系统也为癌症治疗的进展带来了希望，通过使工程免疫细胞的基因操作变得更加精准，使其更加普遍兼容，从而使更大数量的癌症病人能够接受治疗。
现代基因组编辑技术，包括CRISPR系统，具有治疗遗传疾病的巨大潜力。然而，可靠地将这些分子工具送达目标细胞仍然是一个重大挑战。
“先前的病毒和非病毒递送系统，如腺相关病毒（AAVs）、脂质纳米颗粒（LNPs）以及其他病毒样颗粒（VLPs），虽然有价值，但面临限制，”研究的最后作者、慕尼黑亥姆霍兹合成生物医学研究所的组长邓基云·杰弗里·春江博士说。“挑战包括基因编辑工具的持续时间过长可能引发免疫反应，或者其效率有限。ENVLPE直接解决了这些问题，同时其模块化设计保持了与未来基因编辑进展的兼容性。”
ENVLPE基于经过改造的非感染性病毒衍生壳体。这些壳体作为分子基因编辑工具的载体，如碱基或引导编辑器——可以化学改变基因组中的单个DNA碱基并移除或插入新的DNA序列的专用CRISPR工具。ENVLPE的设计通过劫持细胞内运输机制，解决了先前方法在生产VLP时的物流挑战，使所有组件能够在正确的时间和地点结合。
先前的方法常常包括部分组装的、非功能性的基因编辑器，降低了递送的有效性。“ENVLPE不仅确保了完全组装的基因编辑器的包装，还包含一个额外的分子屏障，可以在运输过程中保护编辑器最脆弱的部分不被降解，”春江解释道。“这使得基因工具能够安全地送入目标细胞，在那里可以进行预期的DNA编辑。”
恢复视力：基因编辑实践
在与加州大学欧文分校眼科学教授克日什托夫·帕尔切夫斯基教授领导的团队紧密合作下，科学家们在遗传性失明的小鼠模型中测试了ENVLPE系统。“这些小鼠携带Rpe65基因中的失活突变，该基因对于在视网膜中产生光敏分子至关重要，因此完全失明，对光线没有反应，”合著者、加州大学欧文分校的MD/PhD候选人萨穆尔·W·杜解释道。为了修正这一突变，将ENVLPE注入视网膜下腔（视网膜色素上皮与感光细胞之间的区域）后，动物们开始再次对光刺激作出反应。“恢复的程度令人震惊，”研究的共同第一作者、合成生物医学研究所的博士研究员朱利安·盖伦凯瑟说。“这向我们展示了我们的颗粒在活体动物中确实具有治疗潜力。”
与已建立系统相比，ENVLPE取得了显著更好的结果：竞争性系统需要超过10倍的剂量才能达到类似效果。“我们的目标是建立一个既对研究人员有用又适合现实应用的工具，”同样是共同第一作者、合成生物医学研究所的博士研究员尼克拉斯·阿姆布鲁斯特说道。“我们解决了关键瓶颈，并通过递送载体实现了更加高效的包装。”
利用通用T细胞推进癌症治疗
ENVLPE还可能为采用性T细胞疗法开辟新的可能性，在采自患者的免疫细胞通过基因改造，使其可以特异性地识别和攻击肿瘤细胞。在与TUM大学医院安德烈亚·施密德博士实验室的合作中，ENVLPE促进了针对特定表面分子的靶向去除，这些分子在细胞被施用到不同于供体的接收者时可能引发免疫反应。这可能导致所谓“通用”T细胞的发展，无需为个别患者定制，使得治疗更加可及和具有成本效益。
这些创新解决了遗传性疾病的in vivo基因疗法和癌症治疗的ex vivo细胞疗法中的关键挑战，为重要的转化进展铺平了道路。“高度模块化的ENVLPE系统使我们更接近于按需和精准地进行复杂细胞模型的基因修饰，”合成生物医学研究所所长和TUM神经生物工程教授吉尔·韦斯特迈耶教授说，并且是研究的共同高级作者。“这是合成生物学如何推动医疗创新的一个例子。”
迈向临床应用
当前，团队已经实现了对最常见基因编辑工具的高效递送，他们希望利用自然界中的多样性，以及近年来在AI辅助蛋白质设计方面的进展，通过将这些工具的递送限制在特定细胞或组织类型上来提高靶向精度。为了将ENVLPE推向临床应用，研究团队正在寻求来自转化资助和制药行业合作的后续Funding。目标是优化该技术以适应各种治疗应用，并最终使其可供患者使用。
什么是ENVLPE？
ENVLPE代表“用于装载可编程编辑器的工程化核细胞质载体。”这些是非感染性病毒样颗粒，可以高效运输基因编辑工具，如碱基或引导编辑器，进入目标细胞。ENVLPE克服了早期系统的两个主要限制：引导RNA有效载荷的不稳定性和在生产细胞内只有功能性基因编辑器的非高效包装。通过调整细胞内运输机制，研究人员显著提高了系统的效率和安全性。
