Widespread Gene Editing in the Brain via In Utero Delivery of mRNA Using Acid-Degradable Lipid Nanoparticles

转染 海马结构 子宫内 基因组编辑 HEK 293细胞 生物 祖细胞 光遗传学 细胞生物学 遗传增强 产前诊断 重编程 信使核糖核酸 基因表达 基因沉默 神经干细胞 细胞培养 生物信息学 干细胞 神经科学 分子生物学 小头畸形 清脆的 神经发生 基因传递 医学 基因表达调控 神经发育障碍 诱导多能干细胞 基因靶向 免疫学 基因剔除小鼠 胎牛血清 胎儿
作者
Kewa Gao,Hesong Han,Matileen Grace Cranick,Sheng Zhao,Shanxiu Xu,Boyan Yin,Hengyue Song,Yibo Hu,Maria T. Clarke,David Wang,Jessica M. Wong,Zehua Zhao,Benjamin W. Burgstone,Diana L. Farmer,Niren Murthy,Aijun Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (44): 30293-30306 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05169
摘要

In utero gene editing with mRNA-based therapeutics has the potential to revolutionize the treatment of neurodevelopmental disorders. However, a critical bottleneck in clinical application has been the lack of mRNA delivery vehicles that can efficiently transfect cells in the brain. In this report, we demonstrate that in utero intracerebroventricular (ICV) injection of densely PEGylated lipid nanoparticles (ADP-LNPs) containing an acid-degradable PEG-lipid can safely and effectively deliver mRNA for gene editing enzymes to the fetal mouse brain, resulting in successful transfection and editing of brain cells. ADP-LNPs containing Cre mRNA transfected 30% of the fetal brain cells in Ai9 mice and had no detectable adverse effects on fetal development and postnatal growth. In addition, ADP-LNPs efficiently transfected neural stem and progenitor cells in Ai9 mice with Cre mRNA, which subsequently proliferated and caused over 40% of the cortical neurons and 60% of the hippocampal neurons to be edited in treated mice 10 weeks after birth. Furthermore, using Angelman syndrome, a paradigmatic neurodevelopmental disorder, as a disease model, we demonstrate that ADP-LNPs carrying Cas9 mRNA and gRNA induced indels in 21% of brain cells within 7 days postpartum, underscoring the precision and potential of this approach. These findings demonstrate that LNP/mRNA complexes have the potential to be a transformative tool for in utero treatment of neurodevelopmental disorders and set the stage for a frontier in treating neurodevelopmental disorders that focuses on curing genetic diseases before birth.
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