气体信号分子具有极低的分子量，可以轻易穿透细胞膜进入肿瘤组织内部，与常规给药策略相比，气体肿瘤疗法毒性小且不容易产生耐药性，被誉为绿色药物，其中一氧化碳（CO）因其具有抗高血压、抗炎、抗凋亡、抗肿瘤等多种治疗前景而受到越来越多的关注。CO可通过诱导线粒体功能障碍和增强活性氧（ROS）生成，导致肿瘤细胞代谢衰竭，然而目前以CO为基础的药物仍存在许多问题，如CO生成量不足、释放不可控、容易泄漏等。此外，传统药物的治疗方法一味提高ROS水平，会诱导肿瘤细胞通过调节抗氧化基因的表达缓解氧化应激状态，从而触发ROS抵抗机制导致过剩的ROS对周围正常组织产生副作用。作为一项新兴的基因治疗策略，CRISPR基因编辑技术可以通过永久改变致癌或抑癌基因的表达水平来治疗癌症，有效克服传统肿瘤治疗过程中存在的耐药和应激耐受性等问题。然而，如何精确靶向特定细胞类群、诱导对治疗有效的基因编辑水平一直以来都是制约基因编辑疗法最终能否走向临床应用的关键因素和技术瓶颈。
针对以上科学和技术问题，南京中医药大学韩欣教授团队联合南京大学宋玉君教授团队基于无机二氧化硅纳米反应器构建了一种pH/谷胱甘肽（GSH）共刺激响应性CRISPR/Cas9基因编辑纳米递送平台，结合钙离子（Ca2+）增强CO气体疗法进行精准的肿瘤治疗研究。在该工作中，作者通过GSH响应性二硫键连接剂将CRISPR体系共价连接在二氧化硅纳米颗粒上，并在其表面功能包覆一层碳酸钙（CaCO3）用于保护其血液循环中的稳定性。当该纳米药物进入肿瘤微环境后，通过肿瘤酸性pH环境下诱导水解，导致CaCO3层快速生物降解，负载的葡萄糖氧化酶（GOx）通过联级酶促反应，一方面消耗肿瘤细胞内的葡萄糖进行“饥饿疗法”，一方面产生过量H2O2与负载的锰羰基（MnCO）反应产生CO实现气体的精确可控释放，实现高效低毒的癌症治疗。CO能够靶向肿瘤细胞线粒体，损害肿瘤细胞的线粒体生物能产生大量ROS，同时来自CaCO3降解产生的Ca2+超载能够干扰线粒体Ca2+稳态引起线粒体功能障碍。此外，肿瘤微环境中过表达的GSH诱导二硫键的裂解，释放出Cas9/sgRNA蛋白复合体进行特定部位的基因编辑，通过靶向应激缓解调节因子NRF2降低肿瘤细胞对于Ca2+增强CO气体疗法的应激耐受性，实现了有效杀伤肿瘤同时降低毒副作用的目的。这种智能可控的治疗策略充分结合了CRISPR精准基因编辑以及离子和气体的协同抗肿瘤作用，在未来的精准基因编辑和纳米医学临床应用中显示出巨大的潜力。
相关成果以“Multistage-Responsive Gene Editing to Sensitize Ion-Interference Enhanced Carbon Monoxide Gas Therapy”为题发表在WILEY旗下出版社杂志Small（中科院工程技术一区，IF:15.153）上，南京大学现代工程与应用科学学院的宋玉君教授和suncitygroup太阳集团.整合医学学院的韩欣教授为该研究的共同通讯作者，19级硕士生李雅瑶为本论文的第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目，江苏高校优势学科建设工程资助项目（中西医结合）、江苏省特聘教授自然科学类资助人才项目、江苏省“双创计划”团队项目、江苏省中药资源产业化过程协同创新中心重点项目等资助。
原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202204244?af=R
同时，课题组还在Journal of Materials Chemistry B期刊（IF:7.571 /JCR:Q1）在线发表题为“Stimuli-Responsive Delivery Strategies for Controllable Gene Editing in Tumor Therapeutics”的综述文章，该论文系统讲述了如何设计关键化学结构或基团，实现刺激响应型纳米载体的合成，以及如何针对肿瘤微环境的特征巧妙利用生化或物理信号实现智能可控的基因编辑和肿瘤诊疗。最后，论文还讨论了现有纳米载体在基因编辑递送和肿瘤临床诊疗中的前景和挑战。青年讲师纪钰为第一作者，韩欣教授为通讯作者。
原文链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/tb/d2tb01055k/unauth
韩欣教授课题组主要从事智能可控基因编辑技术应用于肿瘤诊疗、生物微流控芯片技术与细胞治疗领域的研究，近2年相关成果以通讯作者发表在Angewandte Chemie, Small, Biomaterials, APSB, Advanced Healthcare Materials, Biosensors and Bioelectronics, Journal of Experimental & Clinical Cancer Research等国内外主流学术论文10篇（8篇IF>10且中科院1区），其中3篇杂志封面或封底文章，申请PCT和中国发明专利3项。
