近日，我院田华雨教授课题组在高效实时监测单细胞基因编辑进程方面取得重要进展。相关成果以“Nuclear-Targeted Material Enabled Intranuclear MicroRNA Imaging for Tracking Gene Editing Process”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition。
基于CRISPR/Cas系统的基因编辑技术是癌症治疗的有效工具。监测基因编辑过程可以帮助确定癌症治疗的进展。然而，现有的基因编辑过程监测技术依赖于裂解细胞，无法反映活细胞中核酸的动态变化。虽然荧光探针已被应用于活细胞水平的核酸检测领域，但是传统检测系统由于缺乏细胞核靶向能力，无法对细胞核区域的大量靶点进行检测。因此，如何扩大荧光探针成像范围，提高探针检测的灵敏度，并在活细胞水平原位实时监测基因编辑的有效性仍然是一项极具挑战的任务。
针对上述问题，课题组对线性聚乙烯亚胺（LPEI）进行简单有效的化学结构修饰，通过分子对接和靶标竞争实验筛选出具有高效细胞核靶向功能的高分子载体苯硼酸修饰的LPEI（LPBA）。相比较于传统探针系统只能检测细胞质中成熟的microRNA，借助LPBA的细胞核靶向能力，超过80%的荧光探针被递送到细胞核中，有助于更早地在活细胞水平上识别细胞核中microRNA前体的变化。由于首次在细胞核区域对丰富的microRNA前体进行成像，LPBA负载荧光探针后可以在单细胞水平反映实时监测基因编辑过程。动物实验结果表明，基于LPBA的高效基因编辑和实时监测技术不仅能够实现早期肿瘤的准确成像和体内基因编辑，而且可以通过探针荧光强度的变化实时评估体内基因编辑效率。依赖于LPBA检测系统的高灵敏识别能力，课题组进一步创新地将LPBA用于筛选能够有效执行基因编辑功能的质粒，开辟了一条更加快速、方便、经济的质粒筛选新途径。总之，该研究拓展了microRNA检测的成像范围，显著提高了单细胞水平的基因编辑效率和核酸检测的准确性。这种灵敏的监测模式能够快速、实时、原位监测活细胞和体内的基因编辑进展，为基因编辑与核酸成像领域提供了新的机遇。
该项研究工作主要在田华雨教授的指导下完成，过程中得到中国科学院长春应用化学研究所陈学思院士以及吉林大学第二医院张颖超教授的大力支持。吴嘉言博士、蒙萌博士及中科院长春应用化学研究所郭兆培副研究员为本文共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金（51925305、52433006、52495010、52495015、52373161）、国家重点研发计划（2021YFB3800900）、厦门市自然科学基金（3502Z202371003）、中央高校基本科研业务费（20720230008）和福建省嘉庚创新实验室人才培养工程基金（HRTP-[2022] 52）的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202500052
