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       CRISPR/Cas基因编辑系统被誉为“基因剪刀”，在生命科学、农业和食品等领域得到了广泛应用。那么，这把“基因剪刀”如何精准递送至靶细胞，以发挥编辑作用的呢？本文将介绍基因编辑领域常见的递送方法、载体及其适用场景。接下来，就为大家介绍一下目前基因编辑领域常用的递送方法、载体及其应用场景。

一、CRISPR/Cas9 系统的递送方式

（一）直接递送表达 Cas9 蛋白和 sgRNA 的质粒

优点：成本较低，质粒的设计较为灵活可控，且能够携带较大的基因片段。

缺点：质粒需要在细胞质中经过转录及翻译过程，才能使基因编辑系统进入细胞编辑目的基因，因此需要较长时间才能达到编辑目的。此外，递送外源质粒可能会使 DNA 整合到宿主基因组中，并且容易触发机体的免疫反应。

（二）递送编码 Cas9 蛋白和 sgRNA 的 mRNA

优点：作用迅速高效，减少了整合到宿主基因组的风险。

缺点：递送 mRNA 存在负载能力较小、在体内外不稳定、易被降解等问题。

（三）直接递送 Cas9 蛋白和 sgRNA，形成大小约为 10nm 的核酸蛋白复合物（ribonucleoprotein complex，RNP）

优点：可瞬时进行基因编辑、免疫原性较低且不会整合到宿主基因组中。

缺点：目前此方法成本较高，在体内递送的效率较低。

二、递送载体

       基因编辑系统的递送载体一般分为病毒载体和非病毒载体。常见的病毒载体包括慢病毒、腺病毒和腺相关病毒；非病毒载体主要为纳米颗粒递送系统和物理递送方式。

（一）病毒载体递送

递送原理：病毒载体递送是利用病毒感染细胞并释放病毒内遗传物质的特性进行递送。常见的病毒载体有以下几种：

1. 慢病毒（Lentivirus）

特点：慢病毒是一种逆转录病毒，能够将外源基因整合到宿主细胞的基因组中，从而实现长期的基因表达。

优点：能够感染分裂和非分裂细胞，基因表达稳定且持久。

缺点：存在基因组整合的风险，可能导致插入突变或致癌风险。

使用场景：常用于基因治疗、CAR-T 细胞疗法和基因编辑（如 CRISPR-Cas9）。

2. 腺病毒（Adenovirus）

特点：腺病毒是一种双链 DNA 病毒，通过吸附和侵入细胞后，外源基因在细胞质中表达，不整合到宿主基因组中。

优点：转染效率高，能够感染多种细胞类型，基因表达快速。

缺点：免疫原性较强，可能引发免疫反应，基因表达时间较短。

使用场景：常用于疫苗开发、基因治疗和癌症治疗。

3. 腺相关病毒（Adeno-Associated Virus，AAV）

特点：AAV 是一种单链 DNA 病毒，外源基因以附加体的形式存在于细胞核中，不整合到宿主基因组中。

优点：免疫原性低，安全性高，能够长期表达外源基因。

缺点：载体容量较小，无法携带大片段基因。

使用场景：常用于基因治疗、眼科疾病治疗和神经系统疾病治疗。

（二）纳米颗粒递送系统

递送原理：纳米颗粒递送系统是指利用带有正电荷的纳米尺度的颗粒作为载体，包裹带有负电荷的基因编辑系统至靶细胞或靶组织，通过靶细胞的胞吞作用或脂质体膜融合的方式，使基因编辑系统进入靶细胞内。常见的纳米颗粒有以下几类：

1. 脂质类纳米颗粒

包括脂质体、脂质纳米颗粒（LNP）。

优点：生物相容性好，能包裹水溶性和脂溶性药物，容易修饰靶向分子（如抗体）。

缺点：稳定性较差，长期储存需要低温；大规模生产时可能颗粒不均一。

2. 聚合物类纳米颗粒

如聚乙烯亚胺（PEI）、可降解聚合物（如 PBAE）。

优点：结构稳定，可设计刺激响应释放（如 pH、酶触发）。

缺点：部分材料（如 PEI）毒性较高；转染效率通常低于脂质体。

3. 无机纳米颗粒

包括金纳米颗粒、氧化铁颗粒、二氧化硅颗粒。

优点：稳定性高，容易功能化（如磁性靶向、光热治疗）。

缺点：重金属成分可能引发毒性，代谢困难，临床应用受限。

（三）物理方式递送

常见的物理方式递送包括电穿孔递送和显微注射。

1.显微注射

利用玻璃微量移液器将基因编辑系统直接注射到靶细胞内。

优点：能够精确地将编辑器直接注入细胞或细胞核内，且不需要复杂的化学处理或载体，适用于多种细胞类型。

缺点：操作复杂，需要高超的显微操作技能和经验，操作过程耗时且技术要求高，不适合大规模高通量实验；对细胞损伤较大，注射过程可能会对细胞造成物理损伤，影响细胞的存活率和后续功能。

2. 电穿孔递送

将靶细胞置于外加电场中，使靶细胞膜通透性改变，从而使基因编辑器进入靶细胞。

优点：能够在短时间内处理大量细胞，适合高通量实验；通过改变电场强度、电击时间和波形等参数，可以精确控制递送效率。

缺点：高电压可能导致细胞膜不可逆损伤，甚至导致细胞死亡；设备成本较高；递送后细胞活性较低。

以上内容对基因编辑递送方法进行了全面介绍，希望能帮助大家更好地理解基因编辑技术的应用和挑战。

参考文献

[1]徐寅生,任翔宇,余梦真,等.基于纳米技术的药物递送策略及其在癌症治疗中的应用[J].科学通报,2023,68(32):4346-4372.

[2]马跃,邓莉,李善刚.纳米粒子在CRISPR/Cas9基因治疗中的应用[J].生物工程学报,2022,38(06):2087-2104.

[3]刘琨,刘炎青,黄楠,等.细胞外囊泡传递CRISPR/Cas9系统的研究进展[J].中国生物工程杂志,2024,44(06):1-10.

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