Bu prosedürde, etkili primerlerin, gRNA'ların ve ssODN'lerin tasarımı, başarılı gen düzenleme için kritik öneme sahiptir. Bu moleküllerin zayıf bağlanması, gen düzenlemeyi ve istenen kolonilerin tanımlanmasını engelleyerek SCNT aşamasına geçişi kısıtlayabilir. Tek hücreli koloni izolasyonuna geçmeden önce, test ve optimizasyon amacıyla her dizinin birden fazla varyantının satın alınması önerilir. Fibroblastlarda KO için Cas9 plazmitlerinin transfeksiyonu genellikle suboptimal düzenleme verimliliği ile sonuçlanır ve daha yüksek verimlilik (%70–90) için Cas9 RNP kullanımı önerilir44,45,46. Başarılı sınırlayıcı dilüsyon, KO içeren kolonilerin benzer bir oranda oluşmasıyla sonuçlanmalıdır. KI için beklenen düzenleme verimliliği, büyük ölçüde yapılacak düzenlemenin türüne bağlıdır; deneyimlerimize göre delesyonlar genellikle insersiyon veya değişimlerden daha verimlidir. Bu nedenle, sınırlayıcı dilüsyon sonrası KI mutasyonuna sahip kolonilerin oranı da değişkenlik gösterecektir. Sonuçlarımızda, F508del mutasyonu içeren kolonilerin oranı (%7,1), tahmin edilen düzenleme oranından (%46,9) çok daha düşüktü ve bu durum ideal değildir. Tek hücre türevli kolonilerde doğru düzenleme oranları düşük olsa bile, hâlâ birçok embriyo üretilebilir. Ancak, yararlı koloni oranı ne kadar yüksek olursa, o kadar az zaman ve kaynak gerekir; bu da optimizasyonu önemli kılar. Düşük gen düzenleme verimliliğini gidermek için, elektroporasyon sırasında küvette hava kabarcığı bulunmadığından emin olun, titrasyon yoluyla Cas9: gRNA oranını optimize edin ve alternatif gRNA'ları veya ssODN'leri test edin. Ek olarak, sonuçlar plazmit iletiminin daha düşük verimlilikte düzenlemeye yol açtığını gösterdiğinden, Cas9 RNP kullanımı düzenleme verimliliği açısından önemlidir43. Sınırlayıcı dilüsyon sırasında düşük canlılık ve koloni büyümesi durumunda, besiyerindeki serum yüzdesini artırmayı, büyüme faktörü takviyeleri eklemeyi veya ekim yoğunluğunu ayarlamayı düşünün. Ekimden önce hücrelerin doğru sayıldığından emin olun ve hücre süspansiyonunu iyice karıştırın.
Hayvan modelleri oluşturmak için değerli bir araç olan SCNT tekniği, gelişimsel sonuçları etkileyebilecek birkaç kritik adım içerir. İlk olarak, çoğu koyun ırkı mevsimsel olarak ürediği için oosit kalitesi genellikle donör yaşı ve mevsimlerden etkilenir. Ancak, kesimhaneden alınan prepubertal koyunlardan ovaryumlar/oositler toplandığında, önceki sonuçlarımız mevsimin in vitro embriyo gelişimi üzerinde etkili olmadığını göstermiştir47. Ayrıca, yetişkin oositler kullanıldığında, in vivo gelişimin prepubertal oositlerle gözlemlenen gelişimle kıyaslanabilir düzeyde olduğu görülmüştür35. Koyun SCNT embriyolarının aktivasyon zamanı, tam dönem gelişim için kritik öneme sahiptir. Maturasyon sonrası 24–26 saat arasındaki erken aktivasyon zamanının, erken gebelik kayıplarını azalttığı ve tam dönem gelişimi artırdığı gösterilmiştir35. Bu durum, erken aktivasyonla ilişkili olan ve yüksek maturasyon uyarıcı faktör (MPF) içeren bir ortamla ilgili olabilir; bu ortamın, yeniden programlama için faydalı olduğu düşünülen somatik çekirdeğin prematüre kromozom kondansasyon (PCC) oranını artırdığına inanılmaktadır48.
CRISPR-Cas9, çok yönlülüğü, programlanabilirliği ve basitliği nedeniyle diğer gen düzenleme tekniklerine göre birçok avantaja sahiptir17. Bu gücüne rağmen, bazı kısıtlamaları da bulunmaktadır. CRISPR-Cas9 düzenleme verimliliği ve hedef dışı aktivite; türe, hücre tipine, genomik lokuslara, gRNA tasarımına ve hedeflenen düzenlemeye bağlı olarak değişebilir ve verimlilik genellikle kemirgen veya insan hücreleri için optimize edilir18,49. Ek olarak, tüm düzenlemeler SpCas9'un geleneksel NGG PAM dizisi kullanılarak hedeflenemeyebilir. gRNA tasarımının optimize edilmesi ve Cas9'un RNP şeklinde iletilmesi dahil olmak üzere, bu kısıtlamaları aşmak için birçok strateji mevcuttur50. Bu kısıtlamaları gidermek amacıyla, daha yüksek düzenleme aktivitesine, daha yüksek sadakate ve daha geniş bir hedefleme aralığına sahip çok sayıda Cas nükleaz varyantı keşfedilmiş veya geliştirilmiştir. Ayrıca, çoğu CRISPR rehberli proteinlere dayanan baz editörleri, prime editörler ve rekombinaz tabanlı editörler dahil olmak üzere çeşitli alternatif genom düzenleme sistemleri geliştirilmiştir50. Rekombinaz düzenlemesi, özellikle büyük insertlerin eklenmesi için faydalıdır. Bu protokol ile düzenleme sonuçlarını iyileştirmek için bu stratejilerin herhangi biri potansiyel olarak kullanılabilir.
Zigotik mikroenjeksiyona kıyasla SCNT, embriyo üretimi öncesinde donör hücrelerin klonalite, hedef içi (on-target) ve hedef dışı (off-target) mutasyonlar açısından in vitro taranabilme imkanı sayesinde embriyo genetiği üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Bu durum, istenen genetik modifikasyonun onaylanmasına olanak tanır ve sonuçta oluşan embriyolarda mozaisizm riskini ortadan kaldırır24,25,26. Özellikle, yüksek-MPF koşulları altında G0/G1 donör çekirdekleri daha normal DNA replikasyonu ile PCC geçirebilirken, S ve G2 evresi donör çekirdekleri DNA hasarına ve kromozomal anomaliye yatkındır51,52. Bu nedenle, donör ve alıcı hücre döngüsü evrelerinin koordine edilmesi başarılı yeniden programlama için gereklidir. Ek olarak, IVM ve IVC medyaları SCNT embriyo gelişimini etkileyebilir. Büyük yavru sendromu (LOS), sığır ve koyunlarda in vitro fertilize edilen ve SCNT ile üretilen embriyolarda sıkça görülür. Oosit maturasyon ve embriyo kültür medyalarında serum bulunması, buna katkıda bulunan olası bir faktördür. Bu nedenle, serumsuz ortam kullanımı, koyun SCNT hayvan üretiminde LOS insidansını azaltabilir ve genel SCNT verimliliğini artırabilir. Epigenetik yeniden programlamayı düzenleyerek klonlama verimliliğini artırmak için çeşitli stratejiler geliştirilmiş olsa da, SCNT düşük verimlilik, yüksek maliyetler, özel ekipman gereksinimi, embriyo manipülasyonundaki teknik uzmanlık ihtiyacı ve çok sayıda alıcı gerekliliği nedeniyle sınırlı kalmaktadır53. Bu stratejiler arasında epigenomu modifiye eden ilaçlar veya DNA metilasyonunu, histon modifikasyonlarını veya X-kromozomu inaktivasyonunu kontrol eden epigenetik regülatörlerin nakavt edilmesi (knockdown) yer almaktadır. Bu sonuçların farelerden çiftlik hayvanı türlerine aktarılmasında sınırlı başarı sağlanmış olsa da, bu tekniklerin birkaçı domuz ve keçilerde klonlama verimliliğini artırmak için kullanılmıştır54,55,56,57.
Buna rağmen, CRISPR-Cas9 ve SCNT, genetiği değiştirilmiş embriyoların üretimi için etkili bir teknik kombinasyonudur. CRISPR-Cas9, ZFN'lerden veya TALEN'lardan daha basit ve programlanabilir olduğu için gen düzenleme alanında hakimiyet kurmuştur. SCNT, nükleer transfer öncesinde genetik taramaya olanak tanıyarak ve mozaisizm riskini ortadan kaldırarak embriyo üretiminin hassasiyetini artırır. Hayvan hastalık modellerinin ötesinde, bu yöntemin tarım ve biyomedisinde geniş uygulama alanları vardır. Hayvancılıkta, hastalık direnci, iklim toleransı ve üretim özelliklerini geliştirmek için kullanılabilir25,58. Ayrıca, hayvanların insanlara ksenotransplantasyon için bağışıklık mühendisliği uygulanmış organlar büyütme potansiyeli veya tıbbi ya da endüstriyel amaçlarla değerli antikorlar, enzimler veya terapötik proteinler üreterek biyoreaktör görevi görme potansiyeli bulunmaktadır33,59. Özetle, CRISPR-Cas9 ve SCNT, insan hastalıklarının büyük hayvan modellerini oluşturmak için embriyo genetiğinin sıkı kontrolüyle birleştirilmiş, hassas ve çok yönlü genom düzenlemesine olanak tanıyan güçlü yaklaşımlardır.