引言CRISPR-Cas系统已经成为研究人员在生长生物中研究基因的首选工具，并被用于开发新的基因疗法，可以纠正大规模单核苷酸位点的缺陷。CRISPR-Cas系统已经成为研究人员研究生长生物中基因的首选工具，并被用于开发新的基因疗法，可以纠正大规模单核苷酸位点的缺陷。基因组。它也用于检测患者体内病原体和致病突变的连续诊断方法。
现在，哈佛大学Wyss生物灵感工程研究所和麻省理工学院(MIT)研究团队在《科学》杂志上的报告展示了CRISPR作为一种新型刺激响应“智能”材料的控制元素的用途。通过特定的天然或用户定义的DNA刺激激活，CRISPR-Cas酶使各种智能材料释放结合的货物，如荧光染料和活性酶，改变其结构以部署封装的纳米颗粒和活细胞，或调整电路以将生物体转化为电信号。
“我们的研究表明，CRISPR的功能可以在实验室之外用于控制DNA响应材料的行为。我们开发了一系列具有不同能力的材料，凸显了可编程CRISPR响应智能材料的广泛应用。”Wyss研究所的创始核心学院成员詹姆斯科林斯博士说，他是这项研究的负责人，也是该研究所活体细胞设备平台的领导者。“这些应用包括新的治疗诊断策略、即时诊断以及流行病爆发和环境危害的区域监测。”柯林斯也是麻省理工学院医学工程和科学的特梅尔教授和生物工程教授。
CRISPR-Cas系统因其能够使用短互补指导RNA(gRNA)在基因组中找到几乎任何目标序列，以及能够以手术精度切割和修复DNA双链而闻名。在这项研究中，研究小组利用了来自Lachnospiraceae细菌的Cas12a Cas酶变体，它具有识别和切割特定DNA序列的相同能力。但通过这一事件的激活，重要的是其附近单链DNA的非特异性切割速率约为每秒1250次。
“我们将单链目标DNA序列整合到聚合物材料中，可以用作悬垂商品的锚点，或作为保持材料基本完整性的结构元素，并可以通过提供Cas12a和特定的gRNA作为刺激来控制不同的材料行为，”共同第一作者、麻省理工学院柯林斯研究生马克斯英格利西(Max English)说。
用于小型货物运输的CRISPR响应材料在其概念的变体中，研究人员通过双链DNA锚定序列将不同的有效载荷连接到所谓的聚乙二醇水凝胶材料上。“在存在互补gRNA的情况下，锚定序列被附近的Cas12a酶靶向，然后降解，”Collins团队的共同第一作者兼博士后研究员Helena de Puig博士说。“因此，我们可以释放有效物质，如荧光分子和酶，其速率取决于gRNA/目标DNA对的相对亲和力，以及硬编码到凝胶中的特征，如孔径和密度。目标锚定序列与凝胶材料交联作者认为，这种方法可以用于，例如，
刺激封装的纳米颗粒和细胞的释放
在更大的规模上，该团队研究了他们促进包裹纳米颗粒和活细胞的聚丙烯酰胺水凝胶(PA)结构变化的方法。“在这里，我们使用Cas12a靶序列使PA链相互交联，从而充当结构元件。通过触发Cas12a的活性来去除交联剂，刺激整个凝胶基质的机械变化，这使得金纳米颗粒和人类原代细胞得以释放，”另一位共同第一作者、柯林斯集团研究生Raphael Gayet说。"这种方法可以用来将细胞释放到组织支架中."
材料被用作电熔丝和可控阀。
柯林斯和他的团队以不同的方式设计了CRISPR响应智能材料，可以用作电保险丝和可控阀门来调节流体的通道。研究人员用由炭黑、电导体和随机单链DNA片段组成的纳米粒子混合物覆盖电极，并用含有Cas12a和特定双链目标DNA的溶液包围电极。“这种材料本身可以使电极在电极之间流动。然而，当我们触发Cas12a所依赖的嵌入DNA的降解时，该物质被破坏，电流被中断，”来自柯林斯的合著者Nicolaas Angenent-Mari说。团队。
在纸微流体设备中，团队组装了一堆折叠的微垫，每个微垫都有特定的功能。在缺乏或存在Cas12a特异性双链DNA触发剂的情况下，他们将DNA交联的PA凝胶与Cas12a预反应，并用其覆盖中间垫。然而，凝胶仅在没有Cas12a触发DNA的情况下形成，当应用于垫时，它会堵塞其孔。这防止了携带电解质的缓冲液从电池堆的顶部流到电极所在的底部。相反，Cas12a触发的DNA的存在阻止了凝胶的交联，使缓冲液流动，在电极上产生电流，基本上起到了电阻的作用。“这样一来，
“詹姆斯科林斯和他的团队在Wyss研究所的活体细胞设备平台上进行的这项突破性研究证明了CRISPR技术在一个新领域的价值，从诊断和诊断到生物电子学，并标志着生物医学发展的又一个鼓舞人心的转折点。《激发生物技术》(Inspire biotechnology)唐纳德英格伯(Donald Ingber)，Wyss Institute创始主任，医学博士，HMS血管生物学教授，波士顿儿童医院血管生物学项目，哈佛大学约翰a生物工程教授。保尔森工程和应用科学学院(SEAS)。
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