研究
11-10-2024
基因编辑：提高效率和精准度的新策略
出版日期: 21-07-2020
更新日期: 14-02-2023
主题: 研究
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圣拉斐尔特里松基因疗法研究院的研究人员介绍了一种提高该技术有效性的新机制，克服了迄今在血液干细胞中应用该技术所面临的障碍
在《自然生物科技》杂志上发表的一项研究中，由Luigi Naldini领导的圣拉斐尔特里松基因疗法研究院（SR-Tiget）的一组研究人员展示了如何克服基因编辑造血干细胞应用所面临的最重要障碍之一，这也是治疗严重遗传疾病的一个基本目标，如原发性免疫缺陷。
基于在该领域数十年的经验，SR-Tiget研究人员正在努力使基因编辑成为一种越来越安全有效的治疗方法。SR-Tiget主任Luigi Naldini评论道：
«我们的研究是在“传统”基因疗法不适用的疾病临床应用方面取得的重要成果，因为要纠正的是“精细”基因，例如参与细胞生长调节的基因。在这些情况下，基因编辑可提供在其自然位置纠正基因、维持其生理调节机制的可能性，如果治疗基因从外部提供并随机进入基因组，则无法实现这一点。对于某些病症，这不是问题，正如我们研究所开发的基因疗法成功治疗的病例所证明，但在另一些病症中，这可能是有风险的。精准医疗：根据对生物学机制和待克服障碍的深入了解，设计量身定制的治疗策略»
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基因编辑被认为是精准医疗的最前沿领域，因为其可以高精度地纠正DNA中遗传信息的错误，这些错误是仍然无法治愈的严重疾病的原因。这篇文章的第一作者Samuele Ferrari（UniSR博士生）和Aurelien Jacob解释道：
«如今我们能够引导这一修复系统，为细胞提供我们想要插入的正确基因，替代突变基因。为此，将使用病毒载体，即经过无害处理但仍能感染细胞，将其基因载体转移至目标物起到纠正作用。然而，这种靶向纠正系统在造血干细胞中效果不佳，造血干细胞本质上趋向于静止，一旦它们感觉到DNA受损，它们往往不再增殖，甚至自我消除。然后，我们继续研究如何刺激它们，并避免我们处理遗传物质的副作用»。
得益于Naldini团队之前在该研究所开展的研究，以及与Raffaella Di Micco研究组的合作，研究人员找到了克服DNA切割对造血干细胞造成负面影响的关键之一，即处理对细胞增殖调节最重要的蛋白之一（p53）。这种昵称为“基因组守护者”的蛋白在病理状态下充当细胞生长抑制剂，它的功能障碍与众多肿瘤有关。通过在基因编辑过程中对血液干细胞给予一种前所未有的蛋白混合物，研究人员可暂时阻断这种蛋白的作用，并显著提高纠正过程的效率。
最近被波士顿哈佛医学院招募的研究主管Pietro Genovese继续说道：
«这不是引入的唯一创新。我们已经证明，除了用于DNA纠正的引导序列外，还可以插入病毒载体，以及可作为真实“条形码”来唯一标识每个纠正的干细胞的短附加序列。通过这种方式，我们可以随时间推移对其进行跟踪，并验证其行为未因治疗而改变。这使我们不仅能够证明编辑的有效性，而且还首次证明了该程序的安全性：事实上，我们已经能够排除可能在未来引起肿瘤的细胞的出现。换句话说，如果我们将每个分子条形码与一种颜色相关联，当我们看到许多不同的颜色时会很高兴：这意味着有许多被纠正的细胞。相反，如果我们观察到很少的颜色，甚至只有一种流行的颜色，对我们来说则是一个警钟，表明程序存在风险»。
什么是基因编辑
基因疗法的一种特殊情况是基于基因编辑，基因编辑是一项最新的技术，可通过精准干预来发现和纠正DNA中的基因错误，甚至是在单个字母水平上。这一技术的灵感来源于古代开发的细菌抗病毒防御系统，感染后能够使细菌识别并破坏病毒DNA。
为了实现这一点，研究人员使用了所谓的“分子手术刀”CRISPR/Cas9，用于在所需的位置切割DNA，例如导致某种疾病的突变的位置。主要优点在于缺陷基因被“就地”纠正，并维持其生理调节机制，从而保证了在正常情况下观察到的表达。潜在的治疗应用很多，从罕见遗传疾病到肿瘤。
本研究由Telethon基金会、欧盟Horizon 2020计划、意大利卫生部、科学研究部以及日内瓦Louis-Jeantet基金会资助，Louis-Jeantet基金会于2019年授予SR-Tiget主任转化医学奖。对于正在进行的将该技术应用于一些遗传疾病治疗的研究，将在SR-Tiget和Genespire战略联盟的框架内进行。