改進的基因編輯方法可以為下一代細胞和基因療法提供動力

與現(xiàn)有方法相比，細胞基因工程的新方法有望顯著提高速度，效率和降低細胞毒性。根據(jù)賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院研究人員的一項研究，這種方法還可以推動癌癥和其他疾病的先進細胞療法的開發(fā)。

在本周發(fā)表在《自然生物技術(shù)》雜志上的這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，一些病毒用來幫助它們進入細胞的蛋白質(zhì)片段也可用于將CRISPR-Cas基因編輯分子帶入細胞及其含有DNA的細胞核中，具有非常高的效率和低細胞毒性。

科學家們預計，這項新技術(shù)對于修飾患者自身體內(nèi)的T細胞和其他細胞以制造細胞療法特別有用。其中一種應用可能是CAR T(嵌合抗原受體T細胞)療法，它使用來自患者的特殊修飾免疫細胞來治療癌癥。T細胞(一種白細胞)從患者身上取出并重新編程，以便在重新引入血液時發(fā)現(xiàn)和攻擊癌細胞。

第一個FDA批準的CAR T療法是在Penn Medicine開發(fā)的，并于2017年獲得食品和藥物管理局的批準。美國現(xiàn)在有六種FDA批準的CAR-T細胞療法。這些療法徹底改變了某些B細胞白血病，淋巴瘤和其他血癌的治療，使許多原本希望渺茫的患者長期緩解。

“這種新方法 - 基于Penn Medicine的細胞和基因治療創(chuàng)新歷史 - 有可能成為工程細胞療法的主要使能技術(shù)，”共同資深作者E. John Wherry博士，Richard和Barbara Schiffrin總統(tǒng)杰出教授和賓夕法尼亞醫(yī)學院系統(tǒng)藥理學和轉(zhuǎn)化治療學主席說。

CRISPR-Cas分子來源于古老的細菌抗病毒防御，旨在精確去除細胞基因組中所需位置的DNA。一些基于CRISPR-Cas的系統(tǒng)將舊DNA的缺失與新DNA的插入相結(jié)合，以實現(xiàn)多功能基因組編輯。這種方法可用于用校正的基因替換有缺陷的基因，或刪除或修改基因以增強細胞功能。一些系統(tǒng)還可以添加賦予CAR-T細胞新特性的基因，例如識別腫瘤或承受通常耗盡T細胞的惡劣腫瘤微環(huán)境的能力。

盡管CRISPR-Cas系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛用作分子生物學的標準實驗室工具，但它們在修飾患者細胞以制造基于細胞的療法方面的應用受到限制 - 部分原因是CRISPR-Cas分子很難進入細胞，然后進入細胞的含DNA細胞核。

“目前將CRISPR-Cas系統(tǒng)帶入細胞的方法，包括使用載體病毒和電脈沖，對于直接從患者身上取出的細胞(稱為原代細胞)效率低下。這些方法通常還會殺死它們使用的許多細胞，甚至可能導致基因活性的廣泛不必要的變化，“共同資深作者Shelley L. Berger博士說，他是Daniel S. Och大學細胞和發(fā)育生物學和遺傳學教授，賓夕法尼亞大學表觀遺傳學研究所所長。

在這項研究中，研究人員探索了使用小的病毒衍生蛋白質(zhì)片段(稱為肽)來更有效地引導CRISPR-Cas分子通過原代人體細胞的外膜并進入其細胞核。值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，兩種修飾肽的融合組合 - 一種在HIV中發(fā)現(xiàn)，一種在流感病毒中發(fā)現(xiàn) - 可以與CRISPR-Cas分子混合，使它們進入原代人或小鼠細胞及其細胞核，效率高達近100%，具體取決于細胞類型 - 幾乎沒有毒性或基因表達變化。

該團隊展示了這種方法，他們稱之為PAGE(肽輔助基因組編輯)，用于幾種類型的設想細胞療法，包括CAR T細胞療法。

除了在細胞和基因治療中的潛在用途外，作者還指出，PAGE方法可以在基礎科學研究中看到廣泛的應用。標準CRISPR-Cas細胞滲透方法的低效率意味著基因編輯來創(chuàng)建小鼠疾病模型通常需要一個多步驟，耗時的產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因小鼠的過程 - 將基因編輯機制引入其DNA中。相比之下，PAGE具有高效率和低毒性，可以在普通實驗室小鼠中實現(xiàn)快速，高效和直接的基因編輯。

“肽輔助概念的簡單性和強大性表明，它有可能在未來用于將其他基因組編輯蛋白甚至基于蛋白質(zhì)的藥物遞送到原代細胞中，”共同資深作者Junwei Shi博士說，他是癌癥生物學助理教授，賓夕法尼亞大學表觀遺傳學研究所和艾布拉姆森家庭癌癥研究所的成員。

這項研究是一項合作，包括賓夕法尼亞大學合著者Rahul Kohli，醫(yī)學博士，博士，傳染病，生物化學和生物物理學副教授，以及共同作者Gerd Blobel，醫(yī)學博士，博士，F(xiàn)rank E. Weise III兒科教授和表觀遺傳學研究所聯(lián)合主任的實驗室。

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