Dual specific gene editing drugs delivered by nanoparticles targeting HBV/HIV coinfection

针对 HBV/HIV 双重感染的纳米颗粒递送的双特异性基因编辑药物

基本信息

  • 批准号:
    10403587
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-05-10 至 2024-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A higher prevalence of chronic hepatitis B virus (HBV), 7.4% globally and 15 to 28% in highly endemic areas, is observed in people living with HIV (PLWH). While current combined antiretroviral therapy (cART) can restrict HBV/HIV replication, cART cannot eliminate the HIV/HBV DNAs that are integrated into the host genome. As such, HBV and HIV persist in cART-controlled individuals, and cART cessation readily leads to viral reactivation and disease progression. Thus, any curative strategy should include a means to eliminate integrated viral DNA from the reservoir cells that harbor HIV and/or HBV (HBV/HIV) DNA without collateral cytotoxic reactions. CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) Cas9 (CRISPR-associated protein 9)-mediated gene editing is an appealing approach to tackle this problem. The keys to success in the CRISPR/Cas9 approach are to select virus-specific target genes that are critical for viral replication yet avoid off-target effects on the human genome and ensure efficient delivery of the gene-editing drugs to target cells. The current CRISPR/Cas9 delivery technologies often require viral vectors, which pose safety concerns for therapeutic applications in humans. Synthetic Cas9-ribonucleoprotein (RNP) is an attractive non-viral formulation for the CRISPR/Cas9 system due to its quick DNA cleavage activity, low frequency of off-target effects, low risk of insertional mutagenesis, easy production, and readiness for clinical application. However, existing non-viral strategies for Cas9-RNP delivery face a number of challenges, such as high cytotoxicity, poor in vivo stability, large particle sizes, lack of specific tissue- and/or cell-targeting abilities, variable loading of the RNP cargo, and potential immunogenicity. These challenges limit the application of Cas9-RNP for in vivo systemic application. Therefore, advances in the discovery of novel interventions targeting incorporated viral DNA are urgently needed for the cure of HBV/HIV co-infection. To address these needs, we have: 1) selected specific HBV/HIV target genes that are crucial for viral replication but share no overlap with (off-targeting) the human genome; 2) synthesized guide-RNAs (gRNA) and Cas9-RNP as therapeutic drugs; 3) developed novel nanoparticles (NP) with longer cleavable polyethylene glycol (PEG) arms to decorate the HBV/HIV gRNA-Cas9 RNP and slow the release of the prodrug intracellularly; and 4) established HBV/HIV cellular models to test the efficacy and cytotoxicity of our generated HBV/HIV gRNA-RNP. In this study, we will test our newly designed gene editing drugs that target viral DNA but not the human genome using HBV/HIV cellular models. We hypothesize that specific CRISPR/Cas9 gene editing drugs will abolish HBV/HIV replication and elicit minimum cytotoxicity in these cellular models. We propose two specific aims to test our hypothesis: Aim 1 will screen and test CRISPR/Cas9 gene editing drugs using a nucleofection approach in our cellular HBV/HIV models; Aim 2 will generate and test HBV/HIV gRNA-Cas9 NPs and compare their efficacy and cytotoxicity in our cellular HBV/HIV models. The objectives of this project are to collect critical information, establish new techniques, and lay the foundation for achieving our long-term goal of discovery a cure for HBV/HIV co-infection.
慢性B型肝炎病毒(HBV)的患病率较高,全球为7.4%,在高度流行地区为15 - 28%, 艾滋病毒感染者(PLWH)。虽然目前的联合抗逆转录病毒疗法(cART)可以限制 在HBV/HIV复制中,cART不能消除整合到宿主基因组中的HIV/HBV DNA。因此,在本发明中, HBV和HIV在cART控制的个体中持续存在,cART停止容易导致病毒再激活, 疾病进展。因此,任何治疗策略都应该包括从细胞中消除整合的病毒DNA的手段。 携带HIV和/或HBV(HBV/HIV)DNA而无附带细胞毒性反应的储库细胞。CRISPR (成簇规则间隔短回文重复序列)Cas9(CRISPR相关蛋白9)介导的基因 编辑是解决这一问题的一种有吸引力的方法。CRISPR/Cas9方法成功的关键是 选择对病毒复制至关重要的病毒特异性靶基因,同时避免对人类的脱靶效应 基因组,并确保基因编辑药物有效地传递到靶细胞。目前的CRISPR/Cas9交付 技术通常需要病毒载体,这对人类的治疗应用提出了安全问题。 合成的Cas9-核糖核蛋白(RNP)是CRISPR/Cas9系统的一种有吸引力的非病毒制剂,这是由于 其快速DNA切割活性、低频率脱靶效应、低插入突变风险、容易 生产和准备临床应用。然而,现有的Cas9-RNP递送的非病毒策略 面临着许多挑战,如高细胞毒性、体内稳定性差、大颗粒尺寸、缺乏特异性 组织和/或细胞靶向能力、RNP货物的可变负载和潜在的免疫原性。这些 这些挑战限制了Cas9-RNP在体内系统性应用中的应用。因此,发现的进展 因此,迫切需要一种新的针对掺入的病毒DNA的干预措施来治愈HBV/HIV合并感染。 为了满足这些需求,我们:1)选择了对病毒复制至关重要的特定HBV/HIV靶基因 但与人类基因组没有重叠(脱靶); 2)合成的向导RNA(gRNA)和Cas9-RNP 作为治疗药物; 3)开发了具有较长可裂解聚乙二醇(PEG)臂的新型纳米颗粒(NP) 修饰HBV/HIV gRNA-Cas9 RNP并减缓细胞内前药的释放;和4)建立 HBV/HIV细胞模型来测试我们产生的HBV/HIV gRNA-RNP的功效和细胞毒性。在本研究中, 我们将测试我们新设计的基因编辑药物,这些药物靶向病毒DNA,而不是使用HBV/HIV的人类基因组。 细胞模型我们假设特定的CRISPR/Cas9基因编辑药物将消除HBV/HIV复制 并在这些细胞模型中引起最小的细胞毒性。我们提出了两个具体的目标来检验我们的假设: 1将在我们的细胞HBV/HIV中使用核转染方法筛选和测试CRISPR/Cas9基因编辑药物 目标2将产生和测试HBV/HIV gRNA-Cas9 NPs,并在我们的研究中比较它们的功效和细胞毒性。 细胞HBV/HIV模型。该项目的目标是收集关键信息,建立新技术, 并为实现我们发现HBV/HIV合并感染的治愈方法的长期目标奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Synthetic gRNA/Cas9 Ribonucleoprotein Inhibits HIV Reactivation and Replication.
  • DOI:
    10.3390/v14091902
  • 发表时间:
    2022-08-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Khanal S;Cao D;Zhang J;Zhang Y;Schank M;Dang X;Nguyen LNT;Wu XY;Jiang Y;Ning S;Zhao J;Wang L;Gazzar ME;Moorman JP;Yao ZQ
  • 通讯作者:
    Yao ZQ
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  • DOI:
    10.3390/v15051061
  • 发表时间:
    2023-04-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Schank M;Zhao J;Wang L;Nguyen LNT;Zhang Y;Wu XY;Zhang J;Jiang Y;Ning S;El Gazzar M;Moorman JP;Yao ZQ
  • 通讯作者:
    Yao ZQ
Oxidative Stress Induces Mitochondrial Compromise in CD4 T Cells From Chronically HCV-Infected Individuals.
  • DOI:
    10.3389/fimmu.2021.760707
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Schank M;Zhao J;Wang L;Nguyen LNT;Cao D;Dang X;Khanal S;Zhang J;Zhang Y;Wu XY;Ning S;Gazzar ME;Moorman JP;Yao ZQ
  • 通讯作者:
    Yao ZQ
Selective oxidative stress induces dual damage to telomeres and mitochondria in human T cells.
  • DOI:
    10.1111/acel.13513
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Wang L;Lu Z;Zhao J;Schank M;Cao D;Dang X;Nguyen LN;Nguyen LNT;Khanal S;Zhang J;Wu XY;El Gazzar M;Ning S;Moorman JP;Yao ZQ
  • 通讯作者:
    Yao ZQ
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知道了