為了提高
CRISPR/Cas9介導的基因組編輯的時空特異性，目前已有使用化學和光學手段來控制Cas9活性的方法。化學方法主要是通過小分子藥物比如雷帕黴素、多西環素等進行Cas9的活性調控，可能會引起編輯細胞及全身的毒性。相對於化學策略，光學策略由於其非侵入性、具有時空特異性和可逆性等特點，使用光學控制Cas9基因編輯會更有前景。然而目前已有的光學基因編輯系統主要是通過藍光和紫外光控制，藍紫光由於其較淺的組織穿透能力，以及潛在的光毒性，很難實現在體內基因編輯的應用。而近紅外光由於其穿透能力強，光毒性較小，是光學控制CRISPR/Cas9基因編輯的最佳選擇。另外，編碼Cas9和sgRNA的質粒通常有10k bp鹼基大小，商業化的轉染試劑比如lipofectamine 2000/3000在轉染小於5k bp鹼基的質粒時具有優異的轉染效率，然而對於基因編輯系統的質粒，商業化的轉染試劑不能獲得良好的轉染效率。因此，設計一個對基因編輯系統質粒有良好的轉染效率，又能利用近紅外光控制CRISPR基因編輯的是至關重要的。
2020年1月15日，PNAS在線發表了浙江大學藥學院平淵課題組的研究成果：“Near-infrared optogenetic engineering of photothermal nanoCRISPR for programmable genome editing”。 他們報道了一種近紅外二區（NIR-II）光控基因編輯系統。
這一系統由陽離子聚合物修飾的金納米棒材料APC，熱敏激活的HSP70啟動子啟動的CRISPR質粒構成。通過APC將HSP70啟動的CRISPR質粒遞送進細胞，在NIR-II的控制下，金納米棒吸收光能轉換成局部的熱能，通過HSP70啟動子啟動CRISPR/Cas9的轉錄和表達。陽離子聚合物修飾的金納米棒不僅能有效地運送質粒，同時也能高效地實現近紅外光-熱能的轉換，實現近紅外二區光控基因編輯和基因的轉錄調控。
要點1. 該近紅外二區光控的材料由高長徑比的金納米棒構成，使用陽離子材料包覆後具有優異的轉染效率。
要點2.在不同激光時間的刺激下，Cas9蛋白具有程序性的表達，對目標基因的可控切割。
要點3. 由於NIR-II激光的高穿透性，該系統可用於體內的定點基因編輯。上圖為在肝細胞內的光控基因編輯用於
平淵課題組博士生
陳小紅、研究助理陳宇軒為本文共同第一作者，平淵研究員為本文的唯一通訊作者。原文鏈接：
https://www.pnas.org/content/early/2020/01/14/1912220117
DOI: 10.1073/pnas.1912220117
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