近期，天津大学化工学院仰大勇教授团队针对联合基因治疗的应用需求，构建了DNA纳米系统，解决了基因编辑和脱氧核酶共递送的难题，研究成果发表在Angewandte Chemie（德国应用化学）。李凤副教授和硕士研究生宋纳川为共同第一作者。研究得到国家自然科学基金等资助支持。

CRISPR/Cas9作为一种高效的基因编辑技术，为疾病精准治疗带来了新机遇，并且有望联合其他基因治疗基元（比如DNAzyme，脱氧核酶）提高基因治疗效果。如何实现各治疗基元的共递送，并保持生物活性，且在细胞内可控释放，是联合基因治疗的关键。针对这一问题，DNA材料可提供独特解决方案，原因在于DNA分子具有序列可编程性和分子识别能力，且生物相容性好，可以作为基因治疗基元的载体材料。

在该研究中，团队通过滚环扩增反应（rolling circle amplification，RCA）合成了超长DNA单链，单链中包含sgRNA识别序列、脱氧核酶序列和HhaI内切酶识别序列等多种功能模块。sgRNA识别序列通过碱基互补配对作用实现Cas9/sgRNA的高效装载。进一步，锰离子通过静电作用实现DNA长单链压缩组装，形成DNA纳米粒子，锰离子也作为脱氧核酶的辅因子。最后，酸响应聚合物包覆的HhaI内切酶通过静电作用在DNA纳米颗粒界面组装，形成纳米复合体。纳米复合体进入细胞后，响应溶酶体内的质子，HhaI表面的聚合物涂层分解，释放出HhaI内切酶，切割DNA链中的识别位点，触发Cas9/sgRNA和脱氧核酶的释放，二者在基因水平对肿瘤细胞实现联合调控。纳米复合体在小鼠乳腺癌皮下瘤模型中取得了显著治疗效果，同时对正常组织具有良好的生物安全性。该DNA纳米系统可以很便利地进行序列定制修改，有望用于其他基因编辑工具和核酸药物的联合递送，对促进基因水平疾病预防和治疗具有重要意义。