CRISPR和镰状细胞病

由于“剪切和粘贴”基因编辑技术CRISPR，科学家们正在寻找镰状细胞病(一种遗传性血液疾病)的治疗方法，而其他研究正在寻找如何扩大基于CRISPR的治疗方法的潜力。

本世纪初，遗传学家发现，他们可以很容易地对细菌免疫机制进行重新编程，以创建一种能够在植物和动物细胞中搜索基因的基因编辑工具。他们还可以操纵细菌中使用的Cas9酶，以便将新的DNA插入基因中。

CRISPR-Cas9基因编辑技术诞生了，几个月的基因编辑实验室工作变成了几天，甚至几个小时。

“从本质上讲，基因编辑的潜力已经存在。意大利米兰圣拉斐尔基因治疗研究所的路易吉·纳尔迪尼教授说:“当然，这更具挑战性。”

“人们称之为‘BC’时代——在CRISPR之前。”

从那以后，关于快速简便的基因编辑的潜在应用的猜测一直很普遍。除了对不育蚊子和抗病香蕉的承诺外，还有人声称CRISPR可以删除致病基因，或者添加“更健康”的基因。

镰状细胞

在法国巴黎的想象研究所，科学家们正在使用CRISPR来观察他们是否能治愈一种被称为镰状细胞病的遗传疾病。

在镰状细胞病中，骨髓中的干细胞可能会在负责血红蛋白(血液中携带氧气的蛋白质)的基因中发生突变。结果是干瘪、硬化的红细胞携带氧气能力差。

“在我们的项目中，我们使用CRISPR-Cas9技术在患者的基因组中产生缺失，”特里斯坦·菲利克斯博士解释说，他的实验室是基因治疗项目的一部分，该项目由该研究所的玛丽娜·卡瓦扎纳教授领导。

该过程包括从患者自身体内提取干细胞，用CRISPR-Cas9治疗有缺陷的基因，然后将改变后的干细胞重新插入患者体内，以减轻遗传疾病的症状。

Felix博士的研究使用经过crispr处理的干细胞来重新制造胎儿血红蛋白，血红蛋白是红细胞中携带氧气的蛋白质。虽然它通常是在孩子还在子宫里的时候产生的，但它是成人血红蛋白的一个很好的替代品。

他们的治疗方法包括CRISPR进入细胞，模拟基因组中罕见的缺失，这种缺失阻断了胎儿血红蛋白的基因“关闭开关”，使其能够再次产生。在被送回骨髓后，这些干细胞开始产生正常的红细胞，现在含有胎儿血红蛋白。

这种治疗方法目前正在动物试验中，菲利克斯博士相信它可以与其他镰状细胞药物并行发挥良好的作用。“这两种武器真的可以让病人不再患镰状镰刀病，过上正常的生活。”

将干细胞移植到患者的骨髓中仍然存在手术风险，而且术后需要在医院呆很长时间，目前还不能保证长期成功。

然而，在患者自身的干细胞上使用CRISPR意味着它可以避免患者免疫系统出现问题。菲利克斯博士说:“因为我们是在病人的细胞中进行移植，所以风险很低。”

对于想要将基于crispr的治疗方法引入患者细胞的科学家来说，免疫反应是主要障碍之一。这些“基因疗法”既可以用于实验室治疗细胞，也可以直接用于患者体内。

纳尔迪尼说，我们必须解决生物和免疫障碍。作为一个名为UPGRADE的跨大西洋项目的一部分，他正在努力提高未来基于crispr的医学的安全性和精确性。“总的来说，我认为免疫学是主要的障碍。”

病毒

传递CRISPR最常见的方法是将其塞进无害的病毒中，然后该病毒进入所需的细胞。

然而，人体对病毒的免疫反应意味着CRISPR可能永远无法到达预定的位置。

纳尔迪尼教授说，改变病毒的特征可以解决这个问题。另一种方法是找一个替代的化学司机。“从本质上讲，我们正在研究如何使用由聚合物、脂质和糖的不同组合制成的纳米颗粒。”

该项目正在解决一些科学家对CRISPR机制的疑虑。一种担忧是，CRISPR准确性低可能会影响基因组的“脱靶”部分。另一个是插入一个新基因可能会破坏基因组中已经存在的另一个基因。

纳尔迪尼教授希望通过提高切割/插入的准确性来完善CRISPR工具。

CRISPR中最常见的切割酶被称为Cas9，最初是在一种细菌中发现的。通过在实验室中温和地引导细菌的进化，他的团队希望创造出一种更适合于人类DNA的Cas9版本。

研究人员还可以用一种叫做重组酶的分子替换Cas9，这种分子可以增加基因序列，而不是删除它们。它们也会进化到与期望的遗传密码相匹配。

纳尔迪尼教授的团队正在研究的其他方法包括观察CRISPR如何“打开”和“关闭”基因，以及如何更有效地插入新基因。

纳尔迪尼说，我们希望在项目结束时对其中一些进行测试，并准备开始试验。

方便

总的来说，纳尔迪尼认为CRISPR是一种便利，而不是灵丹妙药。他说，这与我们以前的情况没有太大区别。“(基因治疗的)所有生物障碍和免疫障碍仍然存在。”

尽管如此，CRISPR与现有基因疗法协同工作的潜力给菲利克斯博士带来了希望。他预计镰状细胞病的治疗方法将在未来十年内找到。

他说，我仍然相当乐观，但瓶颈将是安全问题。“我们的大部分时间和金钱将用于确保这些治疗安全有效。”