课题基金 / 基金详情

基于细胞体内自组装过程的核酸蛋白质复合纳米颗粒的设计合成

批准号:
21877032
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.8 万元
负责人:
邢航
依托单位:
学科分类:
药物化学生物学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张博涵、林珉杰、赵丹、孟江南

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
基于RNA的各种生物技术,已被证实是在基因水平操控表型的强有力的工具。然而,为了彻底实现RNA疗法的潜力,一个重大挑战是在体内有效地将RNA递送给靶标细胞。尽管基于RNA的递送策略已有很多成功的案例,但这些方法往往需要大量的合成工作。一些基于纳米载药平台的方法也存在潜在的生物不相容性和细胞毒性。在本项目中,申请人设计了一种细胞体内组装的合成策略,合成核酸蛋白质复合纳米颗粒来递送CRISPR/Cas9-sgRNA复合物进行针对性的基因编辑和基因治疗。申请人拟计划使用合成生物学的方法将两亲性蛋白质、Cas9蛋白质和与Cas9结合的靶向sgRNA在同一细胞载体中原位共表达并自组装成RNA-蛋白质复合物纳米颗粒。该体系将提供一种制备具有良好生物相容性的RNA纳米药物的新方法,为低成本、大规模、可控制备RNA纳米药物打下坚实的基础。
英文摘要
RNA-based biotechnologies, such as small interfering RNA (siRNA) and CRISPR/Cas9 platform, have proven to be attractive tools for phenotype manipulation at genetic level, and have the potential to develop therapeutics targeting numerous genetic diseases, including cancer. However, a barrier of realizing the potential of therapeutic RNA is to effectively deliver RNA to target cells. Although various delivery strategies have been developed, such as RNA-based conjugation chemistry and nanoparticle-based delivery platform, these approaches generally require considerable synthetic work and sophisticated installation processes, and suffer from incompatibility and cytotoxicity. In this proposal, I propose to develop a synthetic biology-enabled protein nanoparticle system to deliver CRISPR/Cas9-sgRNA complexes for targeted gene editing. The general scheme is based on the use of artificial, amphiphilic proteins that can form lipid-like micelles. Cas9 proteins with necessary directing domains such as cell penetration peptides will be fused to amphiphilic proteins, and the target sgRNAs that bind to Cas9 in situ will be co-expressed in the same vector. On harvesting and purification, the amphiphilic proteins will readily form functional micelle-like nano-particle for therapeutic use. As a proof of concept, tumor cells expressing EGFP will be used to examine gene disruption activity of the particle, and animal experiments will be performed in tumor-bearing nude mice to study the biodistribution, pharmacokinetics and anticancer efficacy. Overall, the concept described will provide a novel approach to the production of biocompatible RNA nano-medicines, harnessing the power of synthetic biology. They are especially attractive due to the convenience of generating the desired cargo-vehicle complex in a one-step manner inside a producing strain, enabling readily installation and modification of the desired functional moiety through molecular cloning.
将核酸用于生物医学应用的一个重大挑战是在体内有效地将核酸递送给靶标细胞。尽管核酸递送策略已有很多相当成功的案例,但这些方法往往需要相对繁琐的合成,一些基于纳米载药平台的方法也存在潜在的生物不相容性和细胞毒性。在本项目中,针对纳米载体递送核酸的技术难点,本项目拟设计一种新的生物合成策略,在细菌体内直接生物合成核酸-蛋白质复合纳米颗粒,用于核酸和蛋白的递送。在本项目中,我们成功完成了基于HUH核酸内切酶的ssDNA共价偶联的融合蛋白体系的设计与表达,系统研究了20余种DNA-蛋白质功能性复合物的的活性测试与共价结合ssDNA的条件优化,实现了基于逆转录酶法和噬菌体滚环复制法的细菌内ssDNA表达,基本完成了细胞内单链DNA与DNA-蛋白质功能性复合物生物的原位表达、组装和表征,并成功在体外,细胞,以及小鼠动物模型上,使用合成得到的DNA-蛋白质功能性复合物进行多种性能评估及应用探索。包括:1. 核酸与抗体快速偶联试剂的开发;2. 精准免疫PCR和蛋白质邻近连接分析 (PLA) 试剂盒的开发;3. 在细胞模型上实现可控人工菌群和靶向细胞黏附;4. 在动物实验上成功实现了小鼠关节炎的治疗。目前将噬菌体ssDNA展示和HUH核酸内切酶融合蛋白的胞内原位共表达偶联的工作正在进行当中。本项目所开发的方法利用合成生物学在细胞内一步生成载体-货物复合物,相对容易实现纳米载体的改造设计和大规模生产,也能够递送复杂的核酸-蛋白质复合物,为领域内核酸递送存在的问题提供了一种新颖实用的解决思路。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Programmable Assembly of Nano‐architectures through Designing Anisotropic DNA Origami Patches
通过设计各向异性 DNA 折纸补丁实现纳米结构的可编程组装
DOI: 10.1002/anie.201913958
发表时间: 2020
期刊: Angewandte Chemie International Edition
影响因子: --
作者: [Wang Mingyang, Dai Lizhi, Duan Jialin, Ding Zhiyuan, Wang Peng, Li Zheng, Xing Hang, Tian Ye]
通讯作者: Tian Ye
Chemistries and applications of DNA-natural product conjugate.
DNA-天然产物缀合物的化学和应用
DOI: 10.3389/fchem.2022.984916
发表时间: 2022
期刊: Frontiers in chemistry
影响因子: 5.5
作者: []
通讯作者:
Independent control over size, valence, and elemental composition in the synthesis of DNA-nanoparticle conjugates.
DNA 纳米粒子缀合物合成中对尺寸、价态和元素组成的独立控制
DOI: 10.1039/c9sc05656d
发表时间: 2020-01-02
期刊: Chemical science
影响因子: 8.4
作者: [Bai Y, Xing H, Bai Y, Tan LH, Hwang K, Li J, Lu Y, Zimmerman SC]
通讯作者: Zimmerman SC
DOI: 10.1007/s41061-020-00305-7
发表时间: 2020-05
期刊: Topics in Current Chemistry
影响因子: 8.6
作者: [Dan Zhao;Yuhan Kong;Sisi Zhao;Hang Xing]
通讯作者: Dan Zhao;Yuhan Kong;Sisi Zhao;Hang Xing
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    生化探针的精准表界面化学
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2026
    • 负责人:
      邢航
    • 依托单位:
    多尺度靶向型功能核酸传感系统用于疾病标志物的活体检测
    • 批准号:
      22374043
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      邢航
    • 依托单位:
    生化纳米探针结构的精确调控
    • 批准号:
      2022JJ10007
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      邢航
    • 依托单位:
    基于多孔晶态膜材料的手性分子传感器开发
    • 批准号:
      2020JJ4172
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      邢航
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金