Lipitoids與DNA和RNA發(fā)生自組裝，可作為抗病毒療法中的細(xì)胞運(yùn)輸系統(tǒng)，預(yù)防COVID-19和其它冠狀病毒感染。 （圖片來(lái)源：R.N. Zuckermann）

美國(guó)斯坦福大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)正在與分子工廠（Molecular Foundry）的研究人員合作，致力于開發(fā)基因靶向的抗COVID-19藥物。分子工廠是美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Berkeley Lab）的納米科學(xué)方向的用戶導(dǎo)向部門。

去年，斯坦福大學(xué)生物工程、化學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)系助理教授Stanley Qi和團(tuán)隊(duì)開始研究一種名為PAC-MAN的技術(shù)，即利用CRISPR基因編輯技術(shù)來(lái)對(duì)抗流感。

但是當(dāng)一月COVID-19開始全球流行時(shí)，一切都改變了。Qi和他的團(tuán)隊(duì)突然間面對(duì)著一種全新的、無(wú)人知曉解決辦法的病毒。他們開始考慮用PAC-MAN技術(shù)來(lái)對(duì)付COVID-19。

自3月底以來(lái)，Qi和團(tuán)隊(duì)一直在與Michael Connolly領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)合作。Michael Connolly是伯克利實(shí)驗(yàn)室分子工廠生物納米結(jié)構(gòu)部的首席工程助理。他們致力于開發(fā)可將PAC-MAN送入患者細(xì)胞的系統(tǒng)。

和所有的CRISPR系統(tǒng)一樣，PAC-MAN由一個(gè)酶和一段向?qū)NA組成。在PAC-MAN中，酶是負(fù)責(zé)殺死病毒的Cas13酶，向?qū)NA可以引導(dǎo)Cas13破壞冠狀病毒基因組中的特定核酸序列。通過(guò)破壞病毒的基因序列，PAC-MAN可以殺滅冠狀病毒，使之不再在細(xì)胞中復(fù)制。

PAC-MAN的運(yùn)輸是關(guān)鍵

Qi表示，將PAC-MAN從分子工具轉(zhuǎn)變?yōu)榭笴OVID-19療法的關(guān)鍵之處在于找到一個(gè)高效的方法將它運(yùn)到肺部的細(xì)胞中。當(dāng)引起COVID-19的冠狀病毒SARS-CoV-2入侵肺部后，感染者的肺泡開始發(fā)炎并充滿組織液，從而影響患者的呼吸能力。

Qi接著說(shuō)：“但我的實(shí)驗(yàn)室并不負(fù)責(zé)研究運(yùn)輸策略?！币虼嗽?月12日，他們發(fā)表了論文的預(yù)印本，盡管希望渺茫，他們?nèi)匀幌Ｍ軌蛭剿麄兊臐撛诤献髡摺?xì)胞運(yùn)輸技術(shù)方面的專家。

很快，他們了解到Connolly在分子工廠有關(guān)合成lipitoid分子的工作。

Lipitoid是一種和peptoid很像的合成多肽。Peptoid最早在20年前由Connolly的導(dǎo)師Ron Zuckermann發(fā)現(xiàn)。在那之后的幾十年里，Connolly和Zuckermann一直致力于開發(fā)lipitoid等運(yùn)輸peptoid的分子。通過(guò)與分子工廠用戶的合作，他們闡明了lipitoid運(yùn)輸DNA和RNA到多種細(xì)胞系中的高效性。

如今，研究將lipitoid應(yīng)用于臨床治療的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些材料對(duì)人體無(wú)毒，并且可以用于運(yùn)輸核酸。他們將核酸封裝進(jìn)直徑1nm的納米顆粒中，其大小與病毒相當(dāng)。

Qi希望他的基于CRISPR的COVID-19療法可以加入分子工廠不斷發(fā)展的lipitoid運(yùn)輸系統(tǒng)中。

4月底，斯坦福大學(xué)的研究人員測(cè)試了一種lipitoid——Lipitoid 1。在人類肺泡上皮細(xì)胞樣本中，Lipitoid 1可以和DNA、RNA一起自組裝成PAC-MAN載體。

Qi表示，lipitoids在運(yùn)輸PAC-MAN時(shí)表現(xiàn)得非常好。當(dāng)lipitoid和靶向冠狀病毒的PAC-MAN組裝在一起時(shí)，溶液中合成的SARS-CoV-2數(shù)量減少了90%以上。Qi說(shuō)：“伯克利實(shí)驗(yàn)室分子工廠提供了一個(gè)改變我們研究的分子利器?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃在動(dòng)物模型中測(cè)試PAC-MAN/lipitoid系統(tǒng)對(duì)抗SARS-CoV-2病毒的有效性。他們將與美國(guó)紐約大學(xué)（New York University）和瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡學(xué)院（Karolinska Institute）的研究人員合作。

如果成功，Qi和團(tuán)隊(duì)希望能繼續(xù)與Connolly團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展出針對(duì)SARS-CoV-2以及其他冠狀病毒的PAC-MAN/lipitoid治療方法，并嘗試擴(kuò)大臨床前試驗(yàn)的規(guī)模。

Connolly說(shuō)：“高效的lipitoid運(yùn)輸和CRISPR結(jié)合，不僅是對(duì)抗COVID-19的有效手段，也可以防止今后出現(xiàn)新的病毒流行事件。”

Qi補(bǔ)充道：“每個(gè)人都在夜以繼日地工作，希望找到新的解決方案。在當(dāng)前的困難時(shí)期，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，各機(jī)構(gòu)一起合作試驗(yàn)新想法是非常有益的。”目前，Qi的預(yù)印本論文已通過(guò)同行評(píng)審，發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上。

作者：Theresa Duque

翻譯：唐儆

審校：巢栩嘉

引進(jìn)來(lái)源：美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-06-scientists-aim-gene-targeting-breakthrough-covid-.html


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