與現(xiàn)有方法相比，細(xì)胞基因工程的新方法有望顯著提高速度，效率和降低細(xì)胞毒性。根據(jù)賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院研究人員的一項(xiàng)研究，這種方法還可以推動癌癥和其他疾病的先進(jìn)細(xì)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(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，一些病毒用來幫助它們進(jìn)入細(xì)胞的蛋白質(zhì)片段也可用于將CRISPR-Cas基因編輯分子帶入細(xì)胞及其含有DNA的細(xì)胞核中，具有非常高的效率和低細(xì)胞毒性。
科學(xué)家們預(yù)計(jì)，這項(xiàng)新技術(shù)對于修飾患者自身體內(nèi)的T細(xì)胞和其他細(xì)胞以制造細(xì)胞療法特別有用。其中一種應(yīng)用可能是CAR T(嵌合抗原受體T細(xì)胞)療法，它使用來自患者的特殊修飾免疫細(xì)胞來治療癌癥。T細(xì)胞(一種白細(xì)胞)從患者身上取出并重新編程，以便在重新引入血液時(shí)發(fā)現(xiàn)和攻擊癌細(xì)胞。
第一個(gè)FDA批準(zhǔn)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(zhǔn)。美國現(xiàn)在有六種FDA批準(zhǔn)的CAR-T細(xì)胞療法。這些療法徹底改變了某些B細(xì)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(xì)胞和基因治療創(chuàng)新歷史 - 有可能成為工程細(xì)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(xué)院系統(tǒng)藥理學(xué)和轉(zhuǎn)化治療學(xué)主席說。
CRISPR-Cas分子來源于古老的細(xì)菌抗病毒防御，旨在精確去除細(xì)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(shí)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(qiáng)細(xì)胞功能。一些系統(tǒng)還可以添加賦予CAR-T細(xì)胞新特性的基因，例如識別腫瘤或承受通常耗盡T細(xì)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(xué)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室工具，但它們在修飾患者細(xì)胞以制造基于細(xì)胞的療法方面的應(yīng)用受到限制 - 部分原因是CRISPR-Cas分子很難進(jìn)入細(xì)胞，然后進(jìn)入細(xì)胞的含DNA細(xì)胞核。
“目前將CRISPR-Cas系統(tǒng)帶入細(xì)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(xì)胞(稱為原代細(xì)胞)效率低下。這些方法通常還會殺死它們使用的許多細(xì)胞，甚至可能導(dǎo)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(xué)細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)和遺傳學(xué)教授，賓夕法尼亞大學(xué)表觀遺傳學(xué)研究所所長。
在這項(xiàng)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(dǎo)CRISPR-Cas分子通過原代人體細(xì)胞的外膜并進(jìn)入其細(xì)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(jìn)入原代人或小鼠細(xì)胞及其細(xì)胞核，效率高達(dá)近100%，具體取決于細(xì)胞類型 - 幾乎沒有毒性或基因表達(dá)變化。
該團(tuán)隊(duì)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(shè)想細(xì)胞療法，包括CAR T細(xì)胞療法。
除了在細(xì)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(chǔ)科學(xué)研究中看到廣泛的應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)CRISPR-Cas細(xì)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(gè)多步驟，耗時(shí)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因小鼠的過程 - 將基因編輯機(jī)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(shí)驗(yàn)室小鼠中實(shí)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(qiáng)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(xì)胞中，”共同資深作者Junwei Shi博士說，他是癌癥生物學(xué)助理教授，賓夕法尼亞大學(xué)表觀遺傳學(xué)研究所和艾布拉姆森家庭癌癥研究所的成員。
這項(xiàng)研究是一項(xiàng)合作，包括賓夕法尼亞大學(xué)合著者Rahul Kohli，醫(yī)學(xué)博士，博士，傳染病，生物化學(xué)和生物物理學(xué)副教授，以及共同作者Gerd Blobel，醫(yī)學(xué)博士，博士，F(xiàn)rank E. Weise III兒科教授和表觀遺傳學(xué)研究所聯(lián)合主任的實(shí)驗(yàn)室。
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