导 读
Review Article
随着新冠肺炎(COVID-19)疫情在全球暴发，生物安全问题备受关注。如何快速精准检测，第一时间发现病毒传播对于疫情控制至关重要，也对检测方法提出了更高的要求。近年来，成簇规律性间隔短回文重复序列（CRISPR/Cas）技术在即时诊断和基于序列的抗病毒治疗方面显示出巨大潜力。同时，疫情的暴发让人们充分认识到生物安全的重要性。而生物安全的有力保障离不开材料科学。生物安全材料不仅可以应用于个体穿戴防护，还可以作为疾病诊断与治疗的核心要素，为多种检测与治疗方法提供强有力的安全保障。因此，本文综述了CRISPR/Cas在传染病诊断与治疗方面的研究现状，并讨论了如何利用生物安全材料解决CRISPR/Cas系统实际应用的局限性 。
一、用于传染病诊断和治疗的典型 CRISPR / Cas系统
逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）是目前应用最广泛的标准检测方法。然而，这项技术对实验室设备与人员均有较高要求，不利于相关资源匮乏地区传染性疾病的及时发现和分类，可能会导致生物安全问题。将CRISPR/Cas系统的即时检测特性与生物安全材料相结合，是实现现场采样和测试的研究方向之一。在此,总结了相关的检测技术和方法，讨论此技术当前能达到的检测效果，以及取代RT-qPCR技术应用于日常核酸检测的可能性。
图1. CRISPR/Cas系统在寨卡病毒检测中的应用。
二、生物安全材料与CRISPR/Cas系统在传染病诊疗中的应用
对于CRISPR/Cas系统的递送，目前常使用的是病毒载体。然而病毒介导的CRISPR/Cas递送存在基因突变、插入突变和免疫原性等问题，亟需非病毒载体，特别是基于生物安全材料的非病毒载体，以解决CRISPR/Cas基因编辑系统临床应用的局限性。近年来，脂质体、高分子聚合物、多肽、无机材料、仿生载体-细胞外囊泡被广泛用于生命科学领域，并取得优异的效果。在此，总结了这几类生物安全材料递送CRISPR/Cas系统的最新进展，并讨论了目前面临的问题以及生物安全材料需要更进一步的创新来提高CRISPR/Cas系统精确调控基因的能力，推进临床研究和应用。
图2. 使用微流控设备合成负载脂质纳米颗粒的核糖核蛋白示意图，Copyright 2020 Elsevier。
总结与展望
生物安全材料应能够用于传染病的检测和治疗，并表现出良好的安全特性。因此，应合理设计生物安全材料，用于CRISPR/Cas系统基因编辑工具的递送，有助于提高CRISPR/Cas系统的基因调控能力，从而推动其在临床研究和应用中的进步。
DOI:10.1016/j.bsheal.2022.03.010.
Cite:
Y. Zhang, Z. Li, J.M. Essola, K. Ge, X. Dai, H. He, H. Xiao, Y. Weng, Y. Huang,
Biosafety materials: Ushering in a new era of infectious disease diagnosis and treatment with the CRISPR/Cas system, Biosaf. Health 4 (2) (2022) 70-78,
https://doi.org/10.1016/j.bsheal.2022.03.010.
主要作者介绍
翁郁华
北京理工大学医学技术学院
特别副研究员
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翁郁华，北京理工大学医学技术学院特别副研究员、硕士研究生导师。主要研究非病毒载体的核酸药物递送与疾病治疗，核酸分子类型包括小干扰RNA、ASO、mRNA、CRISPR/Cas基因编辑系统等。目前以第一作者或通讯作者在Adv. Sci.、Biotech Adv等在国内外高水平期刊发表学术论文十余篇，其中ESI高被引论文2篇，申请专利4件，授权专利2件；著述专著1章。承担科技部重点研发计划子课题、主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金和博士后科学基金等多项。
黄渊余
北京理工大学前沿交叉科学研究院
教授
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黄渊余，北京理工大学教授、博士生导师；入选国家级青年人才、北京市科技新星。研究内容主要围绕核酸技术与药物/疫苗展开。以通讯/第一作者在Sci Adv、Signal Transduct Target Ther等发表论文约60篇，IF>10论文近30篇；共发表论文约90篇，撰写10余部专著章节，申请16件专利。曾获得中美纳米医学与纳米生物技术学会“未来之星”奖（2019）等荣誉；是中国生物物理学会纳米生物学分会秘书长，另多个学会理事或委员；是Exploration副主编（Wiley出版）、Chinese Chemical Letters、生物化学与生物物理进展等多个期刊(青年)编委。
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