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隨著新冠肺炎(COVID-19)疫情在全球暴發(fā)，生物安全問題備受關(guān)注。如何快速精準(zhǔn)檢測，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)病毒傳播對于疫情控制至關(guān)重要，也對檢測方法提出了更高的要求。近年來，成簇規(guī)律性間隔短回文重復(fù)序列（CRISPR/Cas）技術(shù)在即時(shí)診斷和基于序列的抗病毒治療方面顯示出巨大潛力。同時(shí)，疫情的暴發(fā)讓人們充分認(rèn)識到生物安全的重要性。而生物安全的有力保障離不開材料科學(xué)。生物安全材料不僅可以應(yīng)用于個(gè)體穿戴防護(hù)，還可以作為疾病診斷與治療的核心要素，為多種檢測與治療方法提供強(qiáng)有力的安全保障。因此，本文綜述了CRISPR/Cas在傳染病診斷與治療方面的研究現(xiàn)狀，并討論了如何利用生物安全材料解決CRISPR/Cas系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的局限性 。

一、用于傳染病診斷和治療的典型 CRISPR / Cas系統(tǒng)

逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（RT-qPCR）是目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法。然而，這項(xiàng)技術(shù)對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備與人員均有較高要求，不利于相關(guān)資源匱乏地區(qū)傳染性疾病的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和分類，可能會導(dǎo)致生物安全問題。將CRISPR/Cas系統(tǒng)的即時(shí)檢測特性與生物安全材料相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采樣和測試的研究方向之一。在此,總結(jié)了相關(guān)的檢測技術(shù)和方法，討論此技術(shù)當(dāng)前能達(dá)到的檢測效果，以及取代RT-qPCR技術(shù)應(yīng)用于日常核酸檢測的可能性。

圖1. CRISPR/Cas系統(tǒng)在寨卡病毒檢測中的應(yīng)用。

二、生物安全材料與CRISPR/Cas系統(tǒng)在傳染病診療中的應(yīng)用

對于CRISPR/Cas系統(tǒng)的遞送，目前常使用的是病毒載體。然而病毒介導(dǎo)的CRISPR/Cas遞送存在基因突變、插入突變和免疫原性等問題，亟需非病毒載體，特別是基于生物安全材料的非病毒載體，以解決CRISPR/Cas基因編輯系統(tǒng)臨床應(yīng)用的局限性。近年來，脂質(zhì)體、高分子聚合物、多肽、無機(jī)材料、仿生載體-細(xì)胞外囊泡被廣泛用于生命科學(xué)領(lǐng)域，并取得優(yōu)異的效果。在此，總結(jié)了這幾類生物安全材料遞送CRISPR/Cas系統(tǒng)的最新進(jìn)展，并討論了目前面臨的問題以及生物安全材料需要更進(jìn)一步的創(chuàng)新來提高CRISPR/Cas系統(tǒng)精確調(diào)控基因的能力，推進(jìn)臨床研究和應(yīng)用。

圖2. 使用微流控設(shè)備合成負(fù)載脂質(zhì)納米顆粒的核糖核蛋白示意圖，Copyright 2020 Elsevier。

總結(jié)與展望

生物安全材料應(yīng)能夠用于傳染病的檢測和治療，并表現(xiàn)出良好的安全特性。因此，應(yīng)合理設(shè)計(jì)生物安全材料，用于CRISPR/Cas系統(tǒng)基因編輯工具的遞送，有助于提高CRISPR/Cas系統(tǒng)的基因調(diào)控能力，從而推動其在臨床研究和應(yīng)用中的進(jìn)步。

DOI:10.1016/j.bsheal.2022.03.010.

Cite:

Y. Zhang, Z. Li, J.M. Essola, K. Ge, X. Dai, H. He, H. Xiao, Y. Weng, Y. Huang,

Biosafety materials: Ushering in a new era of infectious disease diagnosis and treatment with the CRISPR/Cas system, Biosaf. Health 4 (2) (2022) 70-78,

https://doi.org/10.1016/j.bsheal.2022.03.010.

主要作者介紹

翁郁華

北京理工大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院

特別副研究員

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翁郁華，北京理工大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院特別副研究員、碩士研究生導(dǎo)師。主要研究非病毒載體的核酸藥物遞送與疾病治療，核酸分子類型包括小干擾RNA、ASO、mRNA、CRISPR/Cas基因編輯系統(tǒng)等。目前以第一作者或通訊作者在Adv. Sci.、Biotech Adv等在國內(nèi)外高水平期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇，其中ESI高被引論文2篇，申請專利4件，授權(quán)專利2件；著述專著1章。承擔(dān)科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、主持國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和博士后科學(xué)基金等多項(xiàng)。

黃淵余

北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院

教授

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黃淵余，北京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師；入選國家級青年人才、北京市科技新星。研究內(nèi)容主要圍繞核酸技術(shù)與藥物/疫苗展開。以通訊/第一作者在Sci Adv、Signal Transduct Target Ther等發(fā)表論文約60篇，IF>10論文近30篇；共發(fā)表論文約90篇，撰寫10余部專著章節(jié)，申請16件專利。曾獲得中美納米醫(yī)學(xué)與納米生物技術(shù)學(xué)會“未來之星”獎（2019）等榮譽(yù)；是中國生物物理學(xué)會納米生物學(xué)分會秘書長，另多個(gè)學(xué)會理事或委員；是Exploration副主編（Wiley出版）、Chinese Chemical Letters、生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展等多個(gè)期刊(青年)編委。

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