麦迪逊-编辑遗传密码的新工具为遗传性疾病、一些癌症甚至顽固的病毒感染提供了新的治疗方法。然而，将基因治疗递送到体内特定组织的典型方法可能是复杂的，并且可能引起麻烦的副作用。

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员通过将基因编辑有效载荷包装到一个微小的可定制的合成纳米胶囊中，解决了其中的许多问题。他们在今天(2019年9月9日)的《自然纳米技术》杂志上描述了该输送系统及其商品。

“为了在细胞中编辑基因，编辑工具需要在细胞中安全有效地传递，”生物医学工程师、威斯康星大学麦迪逊分校探索研究所研究员邵琴“莎拉”龚说。她的实验室专门设计和建造用于靶向治疗的纳米级输送系统。

“在基因治疗后编辑体内的错误组织是一个严重的问题，”威斯康星大学麦迪逊分校生物医学工程教授、指导委员会联合主席克里沙努萨哈(Krishanu Saha)说，他负责一个拥有1.9亿美元支持的国家基因组编辑联盟。美国国立卫生研究院。“如果生殖器官被无意中编辑，那么患者会将基因编辑遗传给他们的孩子和每一个后续的后代。”

龚表示，大多数基因组编辑都是通过病毒载体完成的。病毒入侵细胞已经几十亿年了，它们可以选择自己的机器来制造病毒的新副本。在基因治疗中，病毒可以被改变，以携带基因组编辑机制进入细胞，而不是它们自己的病毒基因。然后，编辑机器可以改变细胞的DNA，例如，纠正引起或导致疾病的遗传密码中的问题。

“病毒载体很有吸引力，因为它们非常有效，但它们也与许多安全问题有关，包括不良免疫反应，”龚说。新的细胞靶也可能需要费力地改变病毒载体，并且制造定制的病毒载体可能是复杂的。“定制许多病毒载体以递送到体内特定细胞或组织是困难的，如果不是不可能的话，”萨哈说。

龚的实验室涂的是基因治疗有效载荷，也就是基因编辑工具CRISPR-Cas9的一个版本。在Saha的实验室中，设计了一种导向RNA，它具有薄的聚合物外壳，并产生直径约为25纳米的胶囊。纳米胶囊的表面可以用肽等官能团进行修饰，这使得纳米颗粒能够靶向某些细胞类型。

纳米胶囊在细胞外保持完整，例如在血流中，只有在被一种叫做谷胱甘肽的分子触发时，才会在目标细胞中分离。释放的有效载荷然后移动到细胞核，编辑细胞的DNA。由于纳米胶囊在细胞细胞质中的寿命较短，因此有望减少无计划的基因编辑。

这个项目是UW-麦迪森在化学、工程、生物和医学方面的专长。儿科和眼科教授比卡什r帕特奈克(Bikash R. Pattnaik)和比较生物科学教授铃木正敏(Masatoshi Kumar)及其团队使用纳米胶囊分别展示了小鼠眼睛和骨骼肌的基因编辑。