基于可降解的CRISPR/Cas9纳米载体的构建及其通过基因疗法抑制三阴性乳腺癌生长及转移的研究

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乳腺癌是女性患者中发病率最高的癌症,在2020年超过68万女性死于乳腺癌。然而,导致乳腺癌患者死亡的罪魁祸首并不是原发性肿瘤,而是肿瘤的转移。在乳腺癌发展的过程中,癌细胞会侵入周围组织,并发生转移。三阴性乳腺癌作为乳腺癌的一个亚型具有更强的转移能力,对女性健康造成的威胁更大,然而其治疗手段有限,且容易出现复发及转移,因此急需发展有效的治疗策略以抑制其转移。大量研究表明,肿瘤来源的外泌体在肿瘤转移的各个阶段中都发挥着重要的作用,因此降低肿瘤外泌体的分泌可以作为抑制肿瘤转移行之有效的策略。此外,文献报道指出Rab27a是外泌体分泌过程中的关键蛋白,因此通过CRISPR/Cas9技术敲除Rab27a基因可以作为抑制外泌体分泌的有效方法。但是,由于CRISPR/Cas9系统在应用时递送效率低下,因此开发高效的CRISPR/Cas9递送系统成为了目前应用CRISPR/Cas9系统亟待解决的难题。在该论文中,我们构建了一种基于可降解的大孔硅/有机框架复合的纳米CRISPR/Cas9质粒递送平台,用于抑制三阴性乳腺癌的转移。在该平台中,利用氨基化的含有二硫键的大孔二氧化硅材料负载靶向Rab27a基因的CRISPR质粒,并在材料外表面包覆上Cu/GMP有机框架材料(MOF)。该MOF层不仅可以将质粒牢牢固定于大孔硅上,还可以在降解过程产生Cu2+触发化学动力学治疗(CDT)。最后,为了延长该纳米载体在体内的循环时间并降低免疫原性,在纳米材料的最外层包覆了BALB/c小鼠的红细胞膜。纳米载体被细胞摄取后,MOF层会快速降解,释放出的Cu2+可与癌细胞内高浓度的GSH反应生成Cu+,随后Cu+与肿瘤细胞内高浓度的H2O2发生类芬顿反应,生成具有细胞杀伤能力的·OH用于CDT。同时,肿瘤细胞内高浓度的GSH还可以促进大孔硅中二硫键的断裂,实现纳米载体的降解,并促进质粒的释放。释放的质粒会在肿瘤细胞内翻译成Cas9蛋白和sg RNA,二者结合形成核糖核蛋白(RNP)后即可有效沉默Rab27a基因,降低外泌体的分泌水平,抑制乳腺癌的侵袭和转移。体内外实验结果证实,该纳米药物可以有效进入肿瘤细胞,并在细胞内进行降解释放质粒和Cu离子,质粒通过基因沉默作用降低外泌体分泌,Cu离子触发CDT,协同高效杀伤三阴性乳腺癌细胞,并抑制其转移。该研究为CRISPR系统的递送提供了一种行之有效的方法,并为探索通过外泌体途径抑制肿瘤的侵袭和转移提供了新的思路。
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