仰大勇/刘培峰/姚池合作AM：DNA纳米复合物用于基因编辑系统和光动力治疗试剂可控共递送

近期，天津大学/复旦大学仰大勇教授、上海交通大学刘培峰教授和天津大学姚池副教授合作在DNA材料赋能肿瘤治疗方面取得新进展，发展了脱氧核糖核酸（DNA）/上转换纳米颗粒（UCNP）复合物构建新策略，实现了基因编辑CRISPR-Cas9系统和光动力治疗试剂的可控共递送，达到了协同光动力治疗的效果。相关成果发表于国际权威期刊Advanced Materials（先进材料）。主要作者包括博士生宋纳川、硕士生樊晓婷和郭小翠博士。研究得到国家自然科学基金资助支持。

光动力治疗是一种非侵入性的肿瘤治疗方法，依赖于光敏剂（PS）的光诱导激活，进而产生活性氧（ROS），实现对肿瘤细胞的氧化损伤。传统的光动力治疗面临的挑战包括激光穿透能力不足、肿瘤组织微环境乏氧以及肿瘤细胞自身抗氧化调节等，严重削弱了治疗效果。针对这些挑战，研究团队提出了利用DNA材料构建基因编辑系统和光动力治疗试剂共递送载体的新策略，利用DNA材料优异的序列可编程性和分子识别能力，开发新型DNA纳米复合物。材料构建过程中，引入UCNP基元，使用高穿透能力的近红外光激发光动力过程；引入氯高铁血红素（Hemin）基元，缓解肿瘤乏氧；引入基因编辑CRISPR-Cas9基元（Cas9 RNP），下调抗氧化因子核因子E2相关因子2（Nrf2），削弱肿瘤细胞抗氧化调节能力，协同增强光动力治疗效果。

在DNA纳米复合物的组装过程中，团队通过滚环扩增（RCA）反应合成超长DNA单链，实现了三种模块在DNA链中的融合：sgRNA识别模块、G-四链体负载模块和UCNP-两嵌段DNA结合模块。在两嵌段DNA中，一端的Poly-C序列与UCNP高效结合；另一端与负载Cas9 RNP、Hemin和原卟啉（PP）的单链DNA通过碱基互补配对组装。材料被肿瘤细胞摄取后，响应胞内过表达的核糖核酸酶H（RNase H）而特异性释放Cas9 RNP，通过基因编辑使Nrf2表达下调，削弱癌细胞氧化应激调控能力。在此基础上，Hemin催化内源性过氧化氢（H₂O₂）转换为氧气（O₂），缓解肿瘤乏氧。在近红外光的照射下，UCNP通过反斯托克斯发光将980 nm长波长光转换为409 nm短波长光，激发PP将O₂转换为单线态氧（¹O₂）。这一策略成功实现癌细胞内¹O₂的积累，有效抑制了肿瘤生长，增强了肿瘤光动力治疗的效果。

图1. DNA纳米复合物用于基因编辑系统和光动力治疗试剂可控共递送。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202309534