CRISPR-Gold由15納米的金納米顆粒組成，這些金納米顆粒偶聯著經過硫醇修飾的寡核苷酸（DNA-Thiol），這種DNA-Thiol與單鏈供者DNA雜交，隨後與Cas9形成複合物，並且被一種破壞細胞的內吞體的聚合物包裹著。圖片來自Murthy/Conboy/Nature Biomedical Engineering。
2017年10月5日/
生物谷BIOON/---雖然很有前景，但是CRISPR-Cas9基因編輯的應用迄今為止因遭受運送挑戰---也就是如何把所有的CRISPR組分提供給每個需要它們的細胞中---而受到限制。在一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校、GenEdit公司和日本東京大學的研究人員通過注射一種他們稱為CRISPR-Gold的
載體，成功地修復杜興氏肌肉營養不良（Duchenne muscular dystrophy）模式小鼠體內發生的抗肌營養不良蛋白（dystrophin）基因突變。CRISPR-Gold含有Cas9蛋白、嚮導RNA（gRNA）和供者DNA，它們都被包被在微小的金
納米顆粒周圍。相關研究結果於2017年10月2日在線發表在Nature Biomedical Engineering期刊上，論文標題為「Nanoparticle delivery of Cas9 ribonucleoprotein and donor DNA in vivo induces homology-directed DNA repair」。
美國塔夫茨大學生物醫學工程師Qiaobing Xu說，這些作者們「在基因編輯領域取得了巨大的進步。」 Xu未參與這項研究，但是針對這項新的研究發表了一篇附隨評論文章。Xu解釋道，鑑於他們的方法是非病毒性的，這將使得因持續存在的Cas9活性而產生的潛在脫靶效應最小化。當利用病毒
載體運送Cas9模板時，脫靶效應會發生。
杜興氏肌肉營養不良是是一種由抗肌營養不良蛋白缺乏引起的肌肉退化性疾病。在大約三分之一的患者中，編碼抗肌營養不良蛋白的基因發生小片段缺失或者單鹼基突變，從而使得它喪失功能，這就讓這種基因成為基因編輯的一種極佳的候選對象。科學家們之前已利用病毒運送CRISPR-Cas9組分來剔除這個基因中發生突變的外顯子，並且讓這種疾病的模式小鼠獲得臨床上的症狀改善。
論文共同通信作者、加州大學伯克利分校藥物運送研究員Niren Murthy告訴《科學家》雜誌，「在這篇論文中，我們實際上能夠通過同源介導修復（homology-directed repair, HDR）對抗肌營養不良蛋白基因進行校正，使得它返回到野生型序列。治療這種疾病的另一種方法是外顯子跳讀（exon skipping），即剔除一些外顯子，使得抗肌營養不良蛋白能夠產生，但是它在功能上不如它的野生型蛋白。」
這些研究人員構建CRISPR-Gold
載體的方法是他們對DNA進行修飾使其能夠粘附到金
納米顆粒上。這種偶聯著金
納米顆粒的DNA結合到進行HDR修復所需的供者DNA上，隨後Cas9蛋白和gRNA依次結合上來。他們利用一種聚合物包被著這整個複合物。這種聚合物似乎觸發內吞作用（endocytosis），隨後促進Cas9蛋白、gRNA和模板DNA從細胞的內吞體（endosome）中逃出來。
論文共同通信作者、在加州大學伯克利分校研究組織修復的研究員Irina Conboy解釋道，為了進行HDR修復，「你必須給細胞提供Cas9蛋白、gRNA和一種大片段DNA。利用這種gRNA，你將Cas9引導到基因組的一個特定部分。這種大片段DNA作為一種模板對突變序列進行編輯，使得它變成野生型序列。它們都必須同時出現在同一個地方，因此，在我們的基因編輯系統中，你需要一種納米顆粒來同時運送所有的這三種處於活性狀態的關鍵組分。」
Conboy、Murthy和同事們發現CRISPR-Gold在體外的多種細胞類型（包括人胚胎
幹細胞和小鼠肌肉細胞）中誘導靶基因發生HDR修復。他們隨後通過將它注射不產生抗肌營養不良蛋白的杜興氏肌肉營養不良模式小鼠中來測試CRISPR-Gold在體內發生HDR修復的效率。注射單劑CRISPR-Gold兩周之後會恢復這些小鼠體內的抗肌營養不良蛋白水平，並且在接受注射的小鼠肌肉中，將大約5%的編碼抗肌營養不良蛋白的基因拷貝發生的相關點突變校正為野生型序列。在不存在金納米顆粒的情形下，注射Cas9蛋白、gRNA和供者DNA僅校正不到1%的編碼抗肌營養不良蛋白的基因拷貝。在接受CRISPR-Gold注射的小鼠中，肌肉功能也得到改善。
美國麻薩諸塞大學阿默斯特分校藥物運送與
納米技術研究員Vincent Rotello（未參與這項研究）說，這項研究「是CRISPR的生物醫學應用取得的一次重大進步。」他補充道，「在一些應用中，像這樣的局部注射是有意義的，但是CRISPR-Gold系統面臨的挑戰之一是它不能進行全身運送。」
Conboy贊同道，「理想的情形是，你將這些金納米顆粒注射到血液中，這是因為它們隨後能夠進入每個肌肉中。」她和Murthy繼續在杜興氏肌肉營養不良和其他的
遺傳疾病中研究改善運送和編輯效率的方法。
這篇論文的兩名其他的作者Kunwoo Lee和Hyo Min Park成立了一家名為Genedit的公司，以便探究CRISPR-Gold的商業應用。Murthy說，「我們當然對運送Cas9的治療可能性感到興奮。」Murthy是Genedit公司的一名科學顧問。
Rotello說，「在實際上能夠用於治癒疾病之前，仍有大量的工作要做，但是我認為這項研究指明了未來的發展方向。」（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Kunwoo Lee, Michael Conboy, Hyo Min Park et al. Nanoparticle delivery of Cas9 ribonucleoprotein and donor DNA in vivo induces homology-directed DNA repair. Nature Biomedical Engineering, Published online:02 October 2017, doi:10.1038/s41551-017-0137-2