CRISPR/Cas系统已成为革命性的基因编辑工具，广泛应用于疾病治疗和诊断。目前，检测基因编辑是否成功主要依赖于裂解细胞后的核酸扩增技术，如PCR，但无法对活细胞进行追踪。分子荧光探针可通过荧光成像实现单细胞水平的高精度检测。例如，miR-21探针可用于癌细胞识别及治疗响应评估。microRNA在细胞核内转录成pre-microRNA，随后转运至细胞质并加工成熟。然而，现有探针分子缺乏细胞核靶向能力，难以追踪pre-microRNA的动态变化。因此，开发细胞核靶向的探针递送系统，有望提升microRNA成像范围和检测灵敏度。
图1. LPBA/miR-21荧光探针成像细胞核内pre-miR-21机理示意图 近日，厦门大学田华雨教授团队设计并合成了具有细胞核靶向功能的苯硼酸-线性PEI载体（LPBA），用于担载miR-21基因编辑组件和miR-21荧光探针，实现了高效的基因编辑和核内成像，用于追踪单细胞水平上的基因编辑进程。 分子对接和伊维菌素竞争实验证明，LPBA和importin α/β复合物之间的高亲和力促成了其细胞核靶向能力。3D NanoLive显微镜实时观察实验结果表明，LPBA显著增加了细胞核中Cy5-DNA的积累。综上所述，LPBA具有优异的细胞核靶向能力，可促进核酸进入细胞核。 图2. LPBA介导Cy5-DNA高效入核的机理研究 分子探针可以通过互补碱基配对原理对活细胞进行核酸检测。传统的探针载体例如LPEI只能让探针检测细胞质中的成熟miR-21，而具有细胞核靶向能力的LPBA可以负载分子探针额外检测到细胞核中的pre-microRNA，实现高灵敏度成像 图3. LPBA/miR-21荧光探针实现核内microRNA高效检测 作者进一步通过LPBA负载CRISPR/Cas9质粒，敲除HeLa细胞中的miR-21，同时使用LPEI或LPBA负载分子探针检测基因编辑后不同时间点细胞中miR-21的表达。LPBA组在质粒转染后30 h即可检测到基因编辑的发生，而LPEI组直到42 h后才出现明显的荧光信号下降。借助LPBA的细胞核靶向能力，实现了高效的基因编辑和快速、实时、原位监测单细胞基因编辑进程 图4. LPBA/miR-21荧光探针和基因编辑纳米颗粒实现单细胞基因编辑进程追踪 综上所述，田华雨教授团队利用LPBA独特的细胞核靶向能力，显著提高了单细胞水平的基因编辑效率和核酸检测的准确性。高效的核靶向载体LPBA为基因编辑与核酸成像领域提供了新的机遇。 论文信息 Nuclear-Targeted Material Enabled Intranuclear MicroRNA Imaging for Tracking Gene Editing Process Jiayan Wu, Meng Meng, Zhaopei Guo, Kai Hao, Yonghao Liang, Hanyu Meng, Guanhe Fang, Zongwei Shi, Xiaoya Guo, Huixin Li, Yuanji Feng, Lin Lin, Jie Chen, Yingchao Zhang, Huayu Tian, Xuesi Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500052
