게놈편집기술인 CRISPR은 질병 치료 방식을 바꿀 수 있는 강력한 새로운 도구로 등장했다. 그러나 우리 세포의 유전학을 변경할 때 문제는 치료가 필요한 유전자, 조직 및 기관을 대상으로 안전하고 효과적이며 구체적으로 수행하는 방법이다.

이번 주 Tufts University와 Broad Institute of Harvard 및 MIT의 과학자들은 특히 간에 유전자편집 기계를 포장하고 전달할 수 있는 지질 (지방 분자)으로 구성된 나노 입자의 개발을 보고한다. 국립 과학 아카데미 회보에 발표된 연구에서 그들은 지질 나노 입자 (LNP)가 어떻게 CRISPR 기계를 쥐의 간에 효율적으로 전달하여 특정 게놈편집과 혈중 콜레스테롤 수치를 낮출 수 있는지 보여주었다. 최대 57% – 단 한 번의 주사로 최소 몇 달 동안 지속될 수 있는 감소.

미국 질병 통제 예방 센터에 따르면 높은 콜레스테롤 수치는 거의 3 천만 명의 미국인에게 영향을 미친다. 이 상태는 복잡하고 여러 유전자와 영양 및 생활 방식 선택에서 비롯될 수 있으므로 치료가 쉽지 않다. 그러나 Tufts와 Broad 연구자들은 유전자편집으로 중단될 경우 상승된 콜레스테롤에 대한 보호 효과를 제공할 수 있는 단일 유전자를 수정했다.

연구진이 안지오포이에틴 유사 3효소 (Angptl3)를 암호화하는 데 초점을 맞춘 유전자. 이 효소는 콜레스테롤을 분해하는 데 도움이 되는 다른 효소인 리파아제의 활동을 제한한다. 연구자들이 Angptl3 유전자를 제거할 수 있다면 리파아제가 일을 하도록 하고 혈중 콜레스테롤 수치를 낮출 수 있다. 일부 운 좋은 사람들은 Angptl3 유전자에 자연적인 돌연변이를 가지고 있어 알려진 임상적 단점없이 혈류에서 지속적으로 낮은 수준의 트리글리 세라이드와 저밀도 지단백 (LDL) 콜레스테롤 (일반적으로 "나쁜"콜레스테롤이라고 함)이 발생한다.

"다른 사람의 angptl3 유전자를 제거하여 그 상태를 복제할 수 있다면 높은 콜레스테롤에 대한 안전하고 장기적인 해결책을 가질 수 있는 좋은 기회가 있다."고 Tufts의 생물 의학 공학 부교수이자 이 연구의 교신 저자인 Qiaobing Xu는 말했다.

"우리는 원치 않는 부작용을 일으키지 않도록 유전자편집 패키지를 특별히 간에 전달해야 한다."

Xu의 팀은 마우스 모델에서 정확하게 달성했다. CRISPR-Cas9를 코딩하는 mRNA와 Angptl3을 표적으로 하는 단일 가이드 RNA로 포장된 나노 입자를 한 번 주입한 후 LDL 콜레스테롤이 57%, 트리글리세리드 수준이 29%까지 크게 감소하는 것을 관찰했다. 최소 100일 동안 레벨을 낮췄다. 연구자들은 그 효과가 그보다 훨씬 더 오래 지속될 수 있다고 추측하는데, 아마도 간에서 세포의 느린 전환에 의해서만 제한될 수 있으며, 이는 약 1년 동안 발생할 수 있다. 콜레스테롤과 트리글리세리드의 감소는 용량에 따라 다르므로 한 번의 주사로 LNP를 더 적게 또는 더 많이 주입하여 그 수준을 조정할 수 있다고 연구진은 말했다.

이에 비해 FDA가 승인한 기존의 CRISPR mRNA 탑재 LNP 버전은 생쥐에서 테스트했을 때 LDL 콜레스테롤을 최대 15.7%까지, 트리글리 세라이드를 16.3%까지만 줄일 수 있다고 연구원들은 말한다.

더 나은 LNP를 만들기위한 핵심은 mRNA 주변에 거품을 형성하기 위해 함께 모이는 분자인 구성 요소를 맞춤화 하는 데 있다. LNP는 물에 끌리는 전하 또는 극성 머리, 페이로드를 포함하는 거품의 중앙을 가리키는 탄소 사슬 꼬리, 그리고 그들 사이의 화학적 링커를 가진 장쇄 지질로 구성된다. 또한 폴리에틸렌 글리콜과 일부 콜레스테롤 (지질막에서 누출을 줄이기 위해 정상적인 역할을 함)이 있어 내용물을 더 잘 유지한다.

이러한 구성 요소의 특성과 상대적 비율은 mRNA를 간으로 전달하는 데 큰 영향을 미쳤으므로 연구진은 모든 구성 요소 중에서 머리, 꼬리, 링커 및 비율의 많은 조합을 사용하여 간 세포를 표적으로 하는 능력에 대해 LNP를 테스트했다. LNP 제형의 시험관 내 효능은 생체 내 성능을 거의 반영하지 않기 때문에 게놈편집이 발생할 때 빨간색으로 켜지는 "리포터"유전자가 있는 생쥐의 전달 특이성과 효능을 직접 평가했다. 궁극적으로 그들은 쥐의 간을 비추는 CRISPR mRNA가 장착된 LNP를 발견하여 유전자편집 도구를 간으로 구체적이고 효율적으로 전달하여 작업을 수행할 수 있음을 보여주었다.

Tufts에있는 Xu 연구실의 박사 후 연구원인 Min Qiu는 "CRISPR은 유전적 원인이 있는 질병 치료를 위한 가장 강력한 치료 도구 중 하나이다."고 설명했다. "우리는 최근에 LNP 전달에 의해 가능해진 CRISPR 치료에 대한 최초의 인간 임상 실험이 인체 내부의 유전자를 편집하기 위해 체계적으로 투여되는 것을 보았다. 여기에서 개발된 LNP 플랫폼은 임상 번역에 큰 잠재력을 가지고 있다."라고 말했다.

Xu 연구소의 대학원생인 Zachary Glass는 "우리는 이 LNP 플랫폼을 통해 이제 CRISPR을 다양한 간 질환이나 장애를 치료하는 실용적이고 안전한 접근 방식으로 만들 수 있을 것으로 예상한다."고 말했다.