Guanidinium-Rich Lipopeptide-Based Nanoparticle Enables Efficient Gene Editing in Skeletal Muscles

基因组编辑 清脆的 Cas9 脂肽 核糖核蛋白 电穿孔 质粒 体内 杜氏肌营养不良 HEK 293细胞 基因传递 乌特罗芬 转染 细胞生物学 肌营养不良蛋白 化学 生物 计算生物学 分子生物学 DNA 基因 生物化学 遗传学 核糖核酸 细菌
作者
Min Zhu,Xiuxiu Wang,Ruosen Xie,Yuyuan Wang,Xianghui Xu,Jacobus C. Burger,Shaoqin Gong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (8): 10464-10476 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21683
摘要

Genome editing mediated by the CRISPR-Cas system holds great promise for the treatment of genetic diseases. However, safe and efficient in vivo delivery of CRISPR genome editing machinery remains a challenge. Here, we report a lipopeptide-based nanoparticle (LNP) that can efficiently deliver the CRISPR Cas9/sgRNA ribonucleoprotein (RNP) and enable efficient genome editing both in vitro and in vivo. An artificial lipopeptide, GD-LP, was constructed by linking a hydrophilic guanidinium-rich head to an oleic acid-based hydrophobic tail via a disulfide bond. LNP formed by the self-assembly of GD-LP can easily form a complex with RNP with a loading content of up to 20 wt %. The resulting RNP-LNP nanocomplex led to 72.6% gene editing efficiency in GFP-HEK cells with negligible cytotoxicity. The LNP also showed significantly higher transfection efficiencies than Lipofectamine 2000 for the delivery of mRNA in NIH 3T3 and RAW 264.7 and the delivery of plasmid DNA in B78 cells. In vivo studies showed that intramuscular injection of the RNP-LNP nanocomplex in Ai14 mice induced efficient gene editing in muscular tissues. Moreover, the delivery of Cas9 RNP and donor DNA by LNP (i.e., RNP/ssODN-LNP nanocomplex) restored dystrophin expression, reduced skeletal muscle fibrosis, and significantly improved muscle strength in a Duchenne muscular dystrophy (DMD) mouse model.
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