Although genetic factors contribute to almost half of all cases of deafness, treatment options for genetic deafness are limited. We developed a genome-editing approach to target a dominantly inherited form of genetic deafness. Here we show that cationic lipid-mediated in vivo delivery of Cas9-guide RNA complexes can ameliorate hearing loss in a mouse model of human genetic deafness. We designed and validated, both in vitro and in primary fibroblasts, genome editing agents that preferentially disrupt the dominant deafness-associated allele in the Tmc1 (transmembrane channel-like gene family 1) Beethoven (Bth) mouse model, even though the mutant Tmc1Bth allele differs from the wild-type allele at only a single base pair. Injection of Cas9-guide RNA-lipid complexes targeting the Tmc1Bth allele into the cochlea of neonatal Tmc1Bth/+ mice substantially reduced progressive hearing loss. We observed higher hair cell survival rates and lower auditory brainstem response thresholds in injected ears than in uninjected ears or ears injected with control complexes that targeted an unrelated gene. Enhanced acoustic startle responses were observed among injected compared to uninjected Tmc1Bth/+ mice. These findings suggest that protein-RNA complex delivery of target gene-disrupting agents in vivo is a potential strategy for the treatment of some types of autosomal-dominant hearing loss.

Abstract Reported here is the first highly selective conversion of various waste plastics into C 2 fuels under simulated natural environment conditions by a sequential photoinduced C−C cleavage and coupling pathway, where single‐use bags, disposable food containers, food wrap films, and their main components of polyethylene, polypropylene, and polyvinyl chloride can be photocatalytically transformed into CH 3 COOH without using sacrificial agents. As an example, polyethylene is photodegraded 100 % into CO 2 within 40 h by single‐unit‐cell thick Nb 2 O 5 layers, while the produced CO 2 is further photoreduced to CH 3 COOH. Various methods and experiments disclose that O 2 and . OH radicals trigger the oxidative C−C cleavage of polyethylene to form CO 2 , while other investigations show that the yielded CH 3 COOH stems from CO 2 photoreduction by C−C coupling of . COOH intermediates. This two‐step plastic‐to‐fuel conversion may help to simultaneously address the white pollution crisis and harvest highly valuable multicarbon fuels in natural environments.

Significance Genome editing technologies enable the permanent repair of disease-causing genetic mutations. However, the application of this technology has been limited by the technical challenge of achieving safe, effective, and specific in vivo delivery of the CRISPR-Cas9 genome editing components. Here, we report the development of a newly identified lipid nanoparticle (LNP) for specific delivery of CRISPR-Cas9 mRNA to the liver. While LNPs have been FDA approved for delivery of siRNA to the liver, here we examine their application for genome editing. When compared head-to-head, our delivery platform significantly outperforms the FDA-approved LNP in the efficient delivery of Cas9 mRNA for knockdown of the Angptl3 gene and subsequent regulation of hypercholesterolemia, while matching the safety and specificity of the approved platform.

Antimicrobial resistance poses serious public health concerns and antibiotic misuse/abuse further complicates the situation; thus, it remains a considerable challenge to optimize/improve the usage of currently available drugs. We report a general strategy to construct a bacterial strain-selective delivery system for antibiotics based on responsive polymeric vesicles. In response to enzymes including penicillin G amidase (PGA) and β-lactamase (Bla), which are closely associated with drug-resistant bacterial strains, antibiotic-loaded polymeric vesicles undergo self-immolative structural rearrangement and morphological transitions, leading to sustained release of antibiotics. Enhanced stability, reduced side effects, and bacterial strain-selective drug release were achieved. Considering that Bla is the main cause of bacterial resistance to β-lactam antibiotic drugs, as a further validation, we demonstrate methicillin-resistant S. aureus (MRSA)-triggered release of antibiotics from Bla-degradable polymeric vesicles, in vitro inhibition of MRSA growth, and enhanced wound healing in an in vivo murine model.

The targeted delivery of messenger RNA (mRNA) to desired organs remains a great challenge for in vivo applications of mRNA technology. For mRNA vaccines, the targeted delivery to the lymph node (LN) is predicted to reduce side effects and increase the immune response. In this study, we explored an endogenously LN-targeting lipid nanoparticle (LNP) without the modification of any active targeting ligands for developing an mRNA cancer vaccine. The LNP named 113-O12B showed increased and specific expression in the LN compared with LNP formulated with ALC-0315, a synthetic lipid used in the COVID-19 vaccine Comirnaty. The targeted delivery of mRNA to the LN increased the CD8 + T cell response to the encoded full-length ovalbumin (OVA) model antigen. As a result, the protective and therapeutic effect of the OVA-encoding mRNA vaccine on the OVA-antigen–bearing B16F10 melanoma model was also improved. Moreover, 113-O12B encapsulated with TRP-2 peptide (TRP2 180–188 )–encoding mRNA also exhibited excellent tumor inhibition, with the complete response of 40% in the regular B16F10 tumor model when combined with anti–programmed death-1 (PD-1) therapy, revealing broad application of 113-O12B from protein to peptide antigens. All the treated mice showed long-term immune memory, hindering the occurrence of tumor metastatic nodules in the lung in the rechallenging experiments that followed. The enhanced antitumor efficacy of the LN-targeting LNP system shows great potential as a universal platform for the next generation of mRNA vaccines.

CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein (RNP) complexes with transient therapeutic activity and minimum off-target effects have attracted tremendous attention in recent years for genome editing and have been successfully employed in diverse targets. One ongoing challenge is how to transport structurally and functionally intact Cas9 protein and guide RNA molecules into cells efficiently and safely. Here we report a combinatorial library of disulfide bond-containing cationic lipidoid nanoparticles (LNPs) as carrier systems for intracellular Cas9/sgRNA delivery and subsequent genome editing. Nanoparticles with high efficacies of targeted gene knockout as well as relatively low cytotoxicities have been identified through in vitro screening. The in vivo biodistribution profiles were studied utilizing fluorescent dye labeled and RNP complexed LNPs. Results from this study may shed some light on the design of effective cationic lipidoids for intracellular delivery of genome editing platforms, as well as optimizing the nanoparticle formulations for further disease modeling and therapeutic applications.

In situ cancer vaccination by lipidoid nanoparticles enhances antigen cross-presentation and STING activation.

Invasive fungal infections are well-known causes of morbidity and mortality in immunocompromised patients. Amphotericin B (AmB) is a polyene fungicidal agent with excellent properties of the broad antifungal spectrum, high activity, and relatively rare drug resistance. However, significant toxicities limit the clinical application of AmB and its conventional formulation AmB deoxycholate (Fungizone). Here we investigated nanoparticle formulations of AmB using synthetic biodegradable lipidoids and evaluated their stability, in vitro antifungal efficacy, and in vivo toxicity and pharmacokinetics. We found that the AmB formulated using a mixture of quaternized lipidoid (Q78-O14B) and DSPE-PEG2000 has the size around 70-100 nm and is stable during storage. The formulation showed no hemotoxicity to red blood cells (RBCs) in vitro. It also possesses the highest antifungal activity (in vitro) and lowest toxicity (both in vitro and in vivo). These metrics are significantly superior to the commercial antifungal product Fungizone. Meanwhile, AmB/Q78-O14B-P exhibited prolonged blood circulation in comparison to Fungizone in vivo. In AmB/Q78-O14B-P formulation, AmB was still detectable in the liver, spleen, and lung tissues with a concentration above the minimum inhibitory concentrations 72 h after low-dose intravenous injection. Based on these results, AmB in lipidoid nanoparticle formulation may produce sustained antifungal activity against blood-borne and systemic organ infections. Moreover, the new AmB formulation showed low nephrotoxicity and hepatotoxicity in rats even at high doses, allowing a dramatically wider and safer therapeutic window than Fungizone. This method provides a means to develop much needed antifungal agents that will be more therapeutically efficacious, more affordable (than AmBisome), and less toxic (than Fungizone) for the treatment of systemic fungal infections.