我的实验室最近发表了一篇论文，与优秀的共同通讯作者一起 大卫·马丁 (CHORI) 和 达娜卡罗尔 （犹他大学），其中 我们使用 CRISPR 来逆转骨髓干细胞中镰状细胞病的致病等位基因. 这项工作得到了一些媒体的关注，因此与实验室的其他论文不同，我不会使用博客来解释我们所做的和发现的。 你可以去其他地方。 但我确实想解释这项工作背后的动机，以及我们为什么选择这种方法。
镰状细胞病和基因编辑
下一代 基因编辑 已经改变了科学家的研究方式，但它也为遗传疾病的治疗带来了巨大的希望。 最易治疗的遗传病之一 基因 编辑是镰刀 细胞 疾病（SCD）。 分子基础自 1949 年就已为人所知，所以比较好理解。 其根源在于骨髓 干细胞 （又名 造血干细胞，或“HSC”），它们很容易通过编辑试剂获得。 它是 单基因 并且是隐性的，所以你只需要逆转一种疾病 等位基因 为了治愈。 没有广泛使用的治疗方法——尽管来自健康捐赠者的骨髓移植可以治愈这种疾病，但由于各种原因，很少有患者接受移植（不像 严重联合免疫缺陷，另一种大多数患者确实接受移植的 HSC 疾病）。 我们从各种来源得知，仅编辑 2-5% 的等位基因就可以为患者带来益处（相当于 4-10% 的细胞，由于 哈迪·温伯格原理).
但是，虽然有几个小组试图通过替换疾病等位基因来制作临床前基因编辑候选者来治愈 SCD，但迄今为止，大多数努力都遇到了挑战。 起初在模型细胞系中看起来非常有希望，但是当人们转移到 HSC 时，他们发现等位基因转换的效率大幅下降。 疾病等位基因的有效替换是基因编辑的圣杯，但到目前为止还落后于我们破坏序列的能力。
序列敲除以治愈 SCD
在 SCD 领域，序列替换的问题促使人们努力寻找利用序列破坏来改善疾病的方法。 这些方法中最有希望的方法通过各种机制导致胎儿血红蛋白的上调，包括 Bcl11A 的组织特异性破坏 （它需要是组织特异性的，因为 Bcl11A 在很多细胞中做了很多事情）。 在人类中观察到胎儿血红蛋白的上调（在 胎儿血红蛋白的遗传性持续存在, 或 HPFH)，并防止成人血红蛋白镰状化。
胎儿血红蛋白上调策略非常令人兴奋，有助于进行一些引人入胜的基础研究，并最终可能为 SCD 患者带来新的治疗方法。 我的实验室里有几个人在沿着这些方向工作，还有几个其他小组在这个领域做着令人难以置信的工作。 但是虽然编辑更容易，但临床仍然存在一些重大挑战 翻译，主要是由于围绕 Bcl11A 的组织特异性破坏的新的、大部分未探索的生物学。
序列替换以治愈 SCD
我们决定回到基础，看看我们的工作是否 皮瓣退火供体和 Cas9 RNP 可以将“无聊”的序列替换方法带回桌面。 在这种情况下，我们希望尽可能无聊。 当我们在患者身上工作时，我不想对有关基因调控的新生物学发现感到惊讶。
我们还希望我们的方法尽可能通用——开发适用于 SCD 但可供世界各地的临床研究人员使用的东西。 这将符合民主化的主题 Cas9， 两者都有 核酸酶 靶向试剂和等位基因替换方法将快速、廉价且易于使用，因此每个人都可以在 
HSCs，甚至可能为他们正在治疗的特定疾病开发基因编辑疗法。
这与某些 病毒- 基于编辑策略，看起来相当有效，但迭代速度很慢，进入门槛很高。 如果可能的话，我宁愿开发任何造血研究人员或临床血液学家都可以拿起和使用的东西，从想法到实施的快速转变。 这就是您获得临床医生驱动的罕见遗传疾病治疗方法，这是易于重新编程的基因编辑的长期承诺。
以上都是我们使用Cas9的原因 RNP 并将其与襟翼退火单股 的DNA 捐助者。 我们发现我们甚至不需要使用化学保护 向导RNA 或单链 DNA，尽管我们确实尝试过。 在短期编辑中，我们发现了非常高的编辑水平，在长期小鼠实验中，我们发现编辑量几乎是之前报道的五倍。 我认为这对于研究人员开始使用这种方法来处理他们自己有趣的生物学来说当然足够了。 但对我们来说，在这成为治愈 SCD 之前还有很多工作要做。
走向诊所的下一步
首先，我们需要尝试扩大我们的编辑试剂和方法（Cas9，指南 RNA、供体、干细胞和电穿孔）到临床水平，我们还需要以临床纯度采购它们。 这是一个重要的步骤，但对于最终开始临床试验绝对至关重要。 其次，我们需要建立我们方法的安全性。 我们找到了一个专业 不中 网站在进行编辑时，它位于基因沙漠中。 但仅仅因为它不靠近任何看起来很重要的东西并不意味着我们不需要进行功能安全研究！ （有关更多信息，请参阅我之前关于基因编辑安全性的博客文章） 我们计划在非人体模型中进行一系列安全性研究，我们想仔细看看我们是否可以进入临床的下一步。
我和我的合作者致力于基因编辑治疗镰状细胞病的临床应用，我们希望在未来五年内开始临床试验。 但是数据会指导我们——我们要非常小心，这样我们才能知道治愈并不比疾病更糟糕。 这些转化步骤涉及许多活动部分，其中一些动作有点慢，因此请继续关注我们，因为我们会努力为 SCD 患者带来突破性的治疗方法。
