CRISPR-Cas9基因編輯技術就是通過人工設計的 sgRNA（guide RNA）來識別目的基因組序列，並引導 Cas9 蛋白酶進行有效切割 DNA 雙鏈，形成雙鏈斷裂，損傷後修復會造成基因敲除或敲入等，最終達到對基因組DNA 進行修飾的目的。
Matthew H Porteus等人在nature biotechnology上發表瞭Chemically modified guide RNAs enhance CRISPR-Cas genome editing in human primary cells,該研究通過對合成的sgRNA進行化學修飾，提高瞭人類原始T細胞和CD34+造血幹細胞和祖細胞（HSPC）的基因組編輯效率。將化學修飾的sgRNA與Cas9 mRNA或蛋白質共同遞送，是一種有效的遞送方法，而且不存在與DNA遞送相關的毒性。這是一種簡單而有效的方法，有促進CRISPR-CAS技術在生物技術和治療應用方面發展的潛力。
研究內容
為瞭測試化學合成的sgRNA用於基因組編輯的效用，作者對sgRNA進行三種不同的化學修飾，包含M、MS、MSP，加在5’和3’末端的三個核苷酸上，並評估其的最終效果。作者選擇瞭三個已經被細胞系中具有高基因編輯頻率的sgRNA靶向的人類基因：IL2RG，HBB，和CCR5。結果表明，通常情況下，化學修飾的sgRNA保持瞭高度的特異性。在靶和脫靶比率的差異表明sgRNA的化學變化具有調節活性的可能性。
為瞭進一步探索化學修飾的人類細胞系中的sgRNA，作者轉向一個全RNA遞送平臺，聯合遞送sgRNA和編碼Cas9的mRNA。並通過核轉染的方式聯合或連續遞送Cas9和各種靶向IL2RG的合成sgRNA，探索化學修飾是否對sgRNA活性的半衰期有影響。之後，作者比較瞭未修飾和MS修飾的sgRNA在脫靶位點的活性。研究發現，當化學修飾的sgRNA與Cas9 mRNA共同遞送或作為RNP遞送時，在人類細胞系中顯示出比未修飾的sgRNA更具優勢的基因編輯。
圖1 化學修飾合成的sgRNA促進人類細胞系K562中高頻率的突變和同源重組（HR）。
接下來，作者在原代細胞中測試瞭化學修飾的sgRNA，發現與質粒核轉染相比，修飾後的sgRNA對細胞存活和增殖的影響很小。還在未受刺激的T細胞中測試瞭MS修飾的sgRNA，與刺激的T細胞相比，未刺激的T細胞在供者之間表現出更高的變異性。並發現針對IL2RG和HBB的化學修飾的sgRNA在從動員的外周血中分離出來的CD34+HSPC中具有活性。
圖2 化學修飾的sgRNA促進瞭人類T細胞和CD34+造血幹細胞和祖細胞(HSPC)的高頻率基因裂解。
研究結果
在這項研究中，作者證明瞭化學合成的sgRNA可以有效地用於靶向基因組編輯，並且證明瞭化學修飾的sgRNA可以顯著提高人類原代T細胞和CD34+ HSPC的基因組編輯效率。化學合成和修飾的sgRNA比表達或體外轉錄的sgRNA更具優勢，包括:
（1）提高療效。
（2）用於生物技術和治療應用的高純度sgRNA的穩定和可持續生產。
（3）與通常分別用於sgRNA的質粒表達或體外轉錄的U6或T7啟動子對第一轉錄核苷酸施加的限制相比，sgRNA設計具有更大的靈活性，
（4）與基於DNA質粒的系統相比，在原代細胞中具有更低的細胞毒性，使一個僅具有高活性的RNA或RNP CRISPR平臺成為可能。
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