工程師們正在生物技術最熱門的商品上留下自己的印記。中國科學家發表在4月3日出版的Science Advances期刊上的文章稱，他們可以用光控制基因編輯工具CRISPR-Cas9。

研究人員表示，該方法取代了傳統上用于遞送CRISPR基因編輯體系的病毒的使用，并使科學家可以對基因編輯工具進行時間上的控制。他們在Science Advances上發表了標題為“Near-infrared upconversion–activated CRISPR-Cas9 system: A remote-controlled gene editing platform”的文章，介紹他們的發下。

該論文的作者、南京大學現代工程與應用科學學院的宋玉君教授說，該技術具有精準靶向和殺死癌細胞的潛力。

CRISPR是成簇的規律間隔性短回文重復序列（Clustered, Regularly Interspaced, Short Palindromic Repeats）的縮寫，是科學家們在微生物中發現的一種遺傳現象，科學家已將其變成了DNA切割機。當與某些蛋白質（常見的是一種稱為Cas9的蛋白質）結合時，這種生物復合物可以切割和粘貼DNA，改變生命的遺傳密碼。

將CRISPR-Cas9物理遞送到細胞中通常需要將復合物連接到病毒上。病毒侵入靶細胞的細胞核，遞送CRISPR剪切和粘貼機制。這種策略是有效的，但使用病毒作為遞送方法可能會導致問題，比如引發癌癥或免疫反應。

研究人員提出了幾種替代的遞送材料，包括金納米顆粒、黑磷、金屬有機骨架、氧化石墨烯和各種納米材料。這些方法避免了病毒的一些陷阱，但仍然不能讓科學家控制基因編輯的時間。

這正是他們將光引入進來的初衷。前述這篇新論文的作者使用一種光敏化合物將CRISPR-Cas9鎖定在光轉換納米粒子上。然后，通過將這些納米粒子暴露在近紅外光下，科學家們觸發了CRISPR-Cas9體系從納米粒子中釋放出來，并將它們按需遞送給細胞。

該系統之所以智能，不僅因為CRISPR-Cas9的釋放時間可以控制，還因為可以將其遞送到人體內相當深層的組織中，并且可以對其進行遠程控制。

該系統實現遠程控制的關鍵是使用稱為上轉換納米粒子的光轉換納米粒子作為遞送材料。這些納米粒子吸收低能近紅外（NIR）輻射并將其轉化為可見的紫外（UV）光。上轉換納米粒子最近已在其他生物醫學應用中使用。

完成工作需要近紅外光和紫外光這兩種類型的光。近紅外光穿透人體組織到達人體深處的納米粒子（這是紫外光做不到的）。而紫外光能夠切斷光敏分子，釋放CRISPR-Cas9。

論文作者在患有腫瘤的小鼠身上測試了他們的系統。他們在CRISPR-Cas9復合物中載入了一個可以阻止與癌細胞相關的蛋白質產生的遺傳密碼。然后他們將CRISPR-Cas9復合物鎖定在上轉換納米例子上，并將其注射到小鼠腫瘤部位。

接下來，他們從小鼠體外向體內目標處照射近紅外光，觸發納米粒子將其轉化并發射出紫外光。紫外光分解這種光敏化合物，并釋放出CRISPR-Cas9。作者在文章中說，小鼠體內的腫瘤生長減慢。

宋教授說，研究人員希望將這種工具不僅應用于癌癥，還應用于帕金森病和糖尿病。“我們的團隊專注于納米醫學，我們將開發用于人體疾病治療的工具。”他說。該論文的其他主要合著者包括廈門大學生物仿生及軟物質研究院的林友輝，以及南京工業大學先進材料研究院和柔性電子重點實驗室的王玉珍。