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Functionalized PDA/DEX-PEI@HA nanoparticles combined with sleeping-beauty transposons for multistage targeted delivery of CRISPR/Cas9 gene - 18/09/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.112061 
Kun Ma a, 1, Wenzhe Li a, 1, Guang Zhu a, Shibo Sun a, Hao Chi a, Yalin Yin a, He Diao a, Xiao-Jin Xing b, Zhaoming Guo a, Li Wang a, Weiping Xu c, Changhao Cui a, Jianqiang Xu a,
a School of Life and Pharmaceutical Sciences (LPS) & Panjin Institute of Industrial Technology (PIIT), Dalian University of Technology, Panjin 124221, China 
b Cancer Hospital of China Medical University, Liaoning Cancer Hospital & Institute, Shenyang 110042, China 
c School of Ocean Science and Technology (OST), Dalian University of Technology, Panjin 124221, China 

Corresponding author.

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Abstract

CRISPR/Cas9 system has been used as the most powerful gene editing tool for precision medicine and advanced gene therapy. However, its wide applications are limited by the poor biosafety of lentivirus delivery vectors though with high-efficiency transduction. To construct a safer vector and promote genome integration, the CRISPR/Cas9 gene is cloned into a plasmid-based non-viral safe vector Sleeping-Beauty (SB) transposon in this study to obtain pT2SpCas9. Meanwhile, PDA/DEX-PEI@HA (PDPH) nanoparticles are constructed to facilitate the precise CRISPR/Cas9 targeting delivery, by using polydopamine (PDA) as the carrier, hyaluronic acid (HA) as the cell-targeting ligand and dexamethasone (DEX) as the nuclear localization signal (NLS). The results showed that PDPH could deliver pDNA efficiently into the cell and further into the nucleus. The transfection efficiency of PDPH is much higher than that of NPs without HA and DEX. Remarkably, the cytotoxicity of PDPH is negligible in comparison to PEI25k and PEI10k. Western blots showed that after the transfection of PDPH/pT2SpCas9-Nanog/SB11, Nanog protein in HeLa cells is knocked out, and the proliferation and migration abilities of tumor cells are significantly decreased. This study demonstrates that PDA/DEX-PEI25k@HA/pT2SpCas9 (PDPH25 K/pT2SpCas9) has the great potential as a non-viral gene vector for CRISPR/Cas9 delivery and clinical medication.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Sleeping-Beauty transposons combining with CRISPR/Cas9 system promote genomic integration of therapeutic genes.
PDPH nanocarriers facilitate high-efficient gene transfection and safer intracellular gene delivery.
The dual-targeting of the nanoparticles in the cell membrane and nucleus ensures transfection accuracy and drug efficacy.

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Key words : Non-viral gene vector, Sleeping-Beauty transposon, CRISPR/Cas9, Polydopamine, Polyethyleneimine


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