Improving the knock-in efficiency of the MOF-encapsulated CRISPR/Cas9 system through controllable embedding structures

清脆的 质粒 Cas9 转染 材料科学 帕西林 纳米技术 化学 生物物理学 计算生物学 细胞生物学 生物 基因 信号转导 焦点粘着 生物化学
作者
Chang Liu,Xiaoyu Xu,Oliver Koivisto,Wenhui Zhou,Guillaume Jacquemet,Jessica M. Rosenholm,Hongbo Zhang
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (39): 16525-16532 被引量:18
标识
DOI:10.1039/d1nr02872c
摘要

Appropriate tuning of robust artificial coatings can not only enhance intracellular delivery but also preserve the biological functions of genetic molecules in gene based therapies. Here, we report a strategy to synthesize controllable nanostructures in situ by encapsulating CRISPR/Cas9 plasmids into metal-organic frameworks (MOFs) via biomimetic mineralization. The structure-functionality relationship studies indicate that MOF-coated nanostructures dramatically impact the biological features of the contained plasmids through different embedding structures. The plasmids are homogeneously distributed within the heterogeneous nanoarchitecture and protected from enzymatic degradation. In addition, the plasmid-MOF structure exhibits excellent loading capability, pH-responsive release, and affinity for plasmid binding. Through in vitro assays it was found that the superior MOF vector can greatly enhance cellular endocytosis and endo/lysosomal escape of sheltered plasmids, resulting in successful knock-in of GFP-tagged paxillin genomic sequences in cancer cell lines with high transfection potency compared to our previous studies. Thus, the development of new cost-effective approaches for MOF-based intracellular delivery systems offers an attractive option for overcoming the physiological barriers to CRISPR/Cas9 delivery, which shows great potential for investigating paxillin-associated focal adhesions and signal regulation.
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