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治愈遗传病新方法 科学家想用Crispr进行基因组手术

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治愈遗传病新方法 科学家想用Crispr进行基因组手术图示:加州大学伯克利分校(UC Berkeley)生物化学家Crispr先驱詹妮弗?杜德纳(Jennifer Doudna)

网易科技讯 11月27日消息,据国外媒体报道,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)生物化学家、Crispr先驱詹妮弗?杜德纳(Jennifer Doudna)与一家研究所合作,期望将Crispr系统对患有遗传病的患者进行基因组手术,让未来的基因组外科医生将使用Crispr的分子剪刀功能在遗传源代码中移除或替换掉有缺陷的基因,从而治愈遗传疾病。

德莱尼·范·里珀(Delaney Van Riper)疲惫不堪。那是2017年的夏天,她前一天刚刚在加州大学圣克鲁斯分校(UC Santa Cruz)的校园里进行了巡回演讲,整理好自己的文档,并与4000名新生中的代表见面座谈。现在,她汗流浃背,准备在后座上打个盹儿,然后驱车回家。她家离萨克拉门托有三个小时的车程。但首先,她必须在旧金山Mission Bay的一座玻璃和花岗岩建筑前停下来,卷起袖子,给科学家们送去几管血。

这是里珀进入大学的第二年,格拉德斯通研究所的研究人员正忙于将她的血细胞重新编程成干细胞,然后在孵化器中培养成神经元,并利用Crispr系统试图切掉里珀最常染色体短臂上潜伏者的一个棘手突变。

现年19岁的里珀(Van Riper)是文学专业的一名大二学生,她生来就患有一种罕见的基因疾病,名为“猫牙症”(charot - marie - tooth,简称CMT),这种疾病正在慢慢侵蚀神经细胞在大脑和肌肉之间传递信息的能力。里珀用手和脚做事,比如说走路和拿铅笔,越来越困难。但去年,她成为少数几名用血细胞在格拉德斯通研究所接受实验性Crispr程序的患者之一。该程序或许有一天会被用于消除基因决定的身体缺陷。

今年9月,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)生物化学家、Crispr先驱詹妮弗?杜德纳(Jennifer Doudna)宣布,她将在海湾对岸开设一家实验室,建立一个专注于全新医学领域的中心:基因组手术。随着越来越多的Crispr药物公司筹集资金,并竞相进行临床试验,杜德纳看到了一个机会,那就是必须有人接纳一种更广泛、更具包容性的观点。她在格拉德斯通找到了归宿。格拉德斯通研究所是一个非营利的生物医学研究中心,有数百名科学家,隶属于加州大学旧金山分校及其临床项目。她设想的是,Crispr手术程序的发展更接近于外科医生如今用手术刀切除恶性肿瘤组织的方式。未来的基因组外科医生将使用Crispr的分子剪刀功能在遗传源代码中移除或替换掉有缺陷的基因,从而治愈遗传疾病。

杜德纳说:“从长远来看,我们关注的是什么对病人最有利,而不仅仅是我们能将什么产品迅速推向市场。”虽然她也是许多基于crispr技术医疗企业的联合创始人,但她担心,这些企业迅速盈利的压力会抛下许多罕见的遗传疾病。这些遗传疾病往往都是由一系列独特的突变引起的,其中的突变都需要定制的工具来修复。然后还有一个问题,那就是相应患者能否负担得起进入市场的治疗方法。杜德纳说,降低医疗费用,让Crispr成为一种可持续的技术,是在非营利环境中更容易解决的问题。“我们需要后退一步,思考如何确保未来这项技术不会只适用于0.1%的人群。”

成本不是唯一的挑战。还有一个问题是如何将Crispr导入正确以及足够多的细胞来产生影响。你可以训练细胞自己构建Crispr系统,指令由无害的病毒传递进来,但这种方法使Crispr的切割行为更难控制。你可以通过将蛋白质复合物包裹在脂肪颗粒中,直接诱导Crispr进入细胞,但这种方法效率不高,而且很难直接导入。医生如何将基因编辑器传送到人体深处的组织,比如说心脏或大脑?

此外,与开发一种全新医疗模式相关的还有更多根本的未知因素。正确的剂量是多少?计算患者风险和收益的正确方法是什么?你需要收集哪些数据才能确保其安全有效?杜德纳和她在格拉德斯通的合作者希望在未来五到十年里回答这些重大问题。如若医生广泛采用基因组编辑作为标准治疗手段,他们的努力可能是创建所需工具和规则的推动力。据估计,在2500万美国人中,有6000种疾病都是因为基因缺陷所引起的。

今年1月分,美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)承诺在未来六年投入1.9亿美元,加快Crispr进入临床的速度。迄今为止,该机构已向一个由17家学术研究机构组成的联盟提供了资助,其中包括格拉德斯通研究所和一家生物技术公司,以帮助它们组装并发布Crispr工具包。除此之外,它将包含更好的传递技术以及更安全、更精确的基因组编辑器,以及用于检查手术后结果的细胞追踪技术。其所有要素都是为了帮助美国食品和药物管理局(FDA)为Crispr制定一条平稳的监管路径,以便将其当作一种混合技术来对待——部分设备(分子手术刀),部分药物(细菌蛋白)。

“在一切明朗之前,我们正试图帮助制定一些基因组编辑的标准,” 格拉德斯通研究所高级研究员托德·麦克德维特(Todd McDevitt)说。他正在评估Crispr在人类细胞和组织中的安全性。与其他可以在模型生物中测试的药物不同,在小鼠或大鼠体内编辑人类基因组是不可能的。在医生开始向患者注射Crispr之前,像麦克德维特这样的科学家必须先设计出逼真的人体微组织,在其中测试Crispr。

在麦克德维特的实验室里,一名博士后拿出一个盘子,盘子里有几个肉色的圆点,有毡头笔那么大,漂浮在一盆粉红色的培养基中。她把它放在倒置的荧光显微镜下。立刻,两个黑点填满了附近的显示器。一道绿光在上面抖动。几秒钟后,这种情况再次发生。每个类器官的已经存续大约有1年时间,由近10万个跳动的人类心脏细胞组成。其DNA编码中有一种绿色荧光蛋白,只有在钙存在的情况下才会发光。屏幕上的每一道绿色闪光都代表着一个微小的心球收缩,并对Crispr带来的任何改善(或损害)起到视觉提示作用。

除心脏器官外,麦克德维特的实验室还在培育视网膜片和脑球,这些视网膜片和脑球都是从里珀等病人捐献的细胞中培育出来的。除了CMT, 格拉德斯通研究所还将最初的精力集中在另外两种遗传性疾病上——一种是被称为心肌病的心脏病,另一种是导致渐进性失明的BEST疾病。在接下来的三年里,当研究所里的其他研究人员设计出新的更好的Crispr系统时,他们将把它们送到麦克德维特那里。然后,他的团队将在他们的3D类器官上进行试验,每个器官上都带有采集自人体的突变特征。它们将衡量手术预期和意外后果。格拉德斯通研究所的目标是有一天启动一项临床试验,让里珀这样的患者使用已验证成功的构建体接受Crispr基因组手术。

“我们正在努力完善每一项技术,”布鲁斯·康克林(Bruce Conklin)说。“但我们的想法是在一个病人身上测试很多假设,这样下一个病人就会快得多。”

杜德纳将“基因组手术”一词的诞生归功于长期合作伙伴康克林。他们一起想象未来的CMT患者进入医院,得到他或她的基因组测序,和医生说,“好的,基于你的基因突变,你可以选择Crispr A和Crispr B,“这都是经过FDA批准的,随即还会有Crispr C, D, E, F, G等基因组编辑系统可以覆盖到导致CMT疾病的上千种不同突变。“在这样的系统中,我们可能只是免费提供Crispr系统,”康克林说。“这就像移植器官一样。没有人会因为捐献器官而得到报酬。”

但在此之前,杜德纳和康克林必须筹集大量资金,为昂贵的临床试验提供资金。而且,患者必须自愿进行试验,在培养皿中和球形培养皿中治愈细胞的Crispr能否在体内做同样的事情。对于里珀来说,这有可能在她大学毕业时发生。她说,如果那一天真的到来,她会有些害怕。“但总得有人去做,对吧?””她说。“如果我不愿意有结果,我就不会参加。”(晗冰)

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