加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校 (UCSF) 和格拉德斯通研究所的 IGI 研究人员的新工作为下一代 CRISPR 疗法。 今天发表于 自然生物医学工程, 罗斯威尔逊, IGI 治疗交付总监； 贾斯汀·埃奎姆，加州大学旧金山分校医学助理教授和格拉德斯通研究所附属研究员； 亚历克斯·马森, IGI 人类健康主任和 Gladstone-UCSF 研究所主任 基因组学 免疫学； 和同事展示了一种新方法来克服将 CRISPR 基因组编辑分子有效递送到活体中的挑战 细胞：将 CRISPR 组件与短片段混合 蛋白质 称为肽，形成可以穿过细胞外层的混合物。
基因组药物和细胞疗法，如 CAR-T 癌症 免疫疗法，包括涉及的疗法 基因组编辑, 已经 影响患者. 但交付是创造和改进这些治疗的最大挑战之一。 在实验室中，将 CRISPR 递送至分离细胞的最常见方法是使用电击暂时解除细胞武装，让 CRISPR 组件潜入。但电击对细胞来说很艰难：很大一部分细胞无法在处理后存活下来。 在那些幸存下来的人中，研究表明 基因 活性。
另一种传统的递送方法依赖于将 CRISPR 工具包装在一个 病毒. 病毒可以在体内停留数月或数年。 CRISPR 组件存在的时间越长，它们对基因组进行不需要的切割的可能性就越高。
IGI 研究人员的新肽方法对细胞更为温和。 肽与 CRISPR 简单混合 酶. 这些肽帮助 CRISPR 酶在不需要电击的情况下进入细胞。 在此过程中很少有细胞死亡，对整体基因活性的影响也很小。 CRISPR 组件仅存在大约一天，大大减少了意外切割的可能性。 而使用肽方法，编辑基因不需要病毒。
另一个好处是，新方法将使更多研究人员能够通过降低成本和更容易地开发基于 CRISPR 的疗法。 病毒 用于分娩的药物制造起来具有挑战性，电击协议依赖于特殊设备。
“现在，在哺乳动物细胞中进行这些实验需要很多基础设施，”共同第一作者、IGI 研究员、加州大学旧金山分校医学助理教授 David Nguyen 说， 加州大学伯克利分校免疫学助理教授. “在没有资源投资电穿孔装置或制造病毒的实验室中，肽方法将使小型实验民主化，进行基因编辑。”
当这些实验产生新疗法时，多肽生产很容易扩大规模。
“CRISPR 交付的最早进展来自对现有平台的调整，”Wilson 说。 “病毒非常适合传统 基因治疗 将一个基因的全新副本添加到细胞中的位置。 脂质纳米粒子 专为交付而设计 的DNA 和 RNA. 但我们想让 CRISPR 蛋白进入细胞，做好准备。 我们的肽驱动方法利用了 CRISPR 本身——我们实际上可以避免这些其他平台的复杂性和局限性。”
使用最广泛的细胞治疗产品是 CAR-T. 车-T细胞 是人类免疫细胞，经过改造可以攻击血液中的癌细胞。 通常，它们是通过从患者身上提取 T 细胞制成的，在某些情况下使用专门设备对细胞进行电击，然后使用病毒添加老一代基因组工程工具。 如果有效免疫疗法所需的多个基因组变化都可以用 CRISPR 的精度进行，会怎样？
当三个具有不同专业知识的实验室真正合作解决基因编辑中的一个大问题时，所取得的成就令人惊讶。
——达纳福斯
在大多数传统的基于 CRISPR 的疗法中，在任何给定细胞中只能安全地编辑单个基因。 对于由单个基因变化引起的镰状细胞病等遗传病，这可能是革命性的。 但对于许多其他疾病——例如实体瘤癌症——在同一个细胞中编辑多个基因（“多路复用”）可能会非常有益。 现在，试图进行多重编辑的研究人员遇到了一个棘手的问题。 通常，CRISPR 试剂通过切割 DNA 来发挥作用。 当细胞修复切口时，就有机会改变 DNA 序列。 但是，当同时在基因组的多个位置进行切割时，事情就会变得混乱。
“如果你想编辑基因组中的多个基因，并在这样做的过程中使多个 双链断裂，这会产生损害基因组完整性的风险，”这篇新论文的共同第一作者、加州大学旧金山分校的博士后研究员 Joe Muldoon 解释说。 “细胞会竭尽全力修复 DNA 断裂。 如果这意味着将染色体以不属于它们的方式重新组合在一起，它就会做到这一点。”
近年来，Editas Medicine 确定了一个可能的解决方案：与其一次进行多个编辑，不如在理论上一个接一个地完成，每次编辑之间等待几天。 这样，细胞就有时间修复每次变化之间的切口，从而限制不需要的染色体重排的可能性。 然而，在 Editas 确定这种方法时，并没有真正的方法来做到这一点：施加多轮电击最后会留下很少的细胞存活。
借助新论文中描述的更温和的肽方法，Wilson 及其合作者表明，可以在同一细胞中连续进行多达三个编辑，而不会导致大量死亡或基因活性发生重大变化。 他们还观察到——正如预期的那样——及时间隔编辑可以防止与同时进行多个 DNA 切割相关的染色体混乱。
“免疫疗法在应用列表中排名第一、第二和第三，”Nguyen 说。 他设想可以制造新型 CAR-T 细胞来对抗特别棘手的癌症或驯服自身免疫性疾病。 其他未来方向包括结合肽和抗体，将 CRISPR 试剂靶向特定细胞类型。
前进， IGI交付集体 团队正致力于开发可用于人类患者的肽递送 CRISPR 疗法。 在不需要专门设备的情况下，有一天可能会在医院进行基因组编辑作为常规程序。 而且由于肽-CRISPR 分子比病毒或脂质纳米颗粒小，这种方法对于直接在患者体内使用尤其有效，而不仅仅是在分离的细胞中。
“从长远来看，这可能为床旁基因组编辑提供一个真正令人兴奋的机会，”共同第一作者 Dana Foss 说，他在威尔逊实验室担任博士后时领导了这项研究。 “现在这是无法实现的，因为电穿孔是复杂工作流程的一部分。 但是使用我们描述的方法，这是很有可能的，因为您只需将肽与现成的 CRISPR 蛋白混合并将其添加到细胞中。 该过程的简单性开辟了将细胞治疗产品提供给患者的全新途径。”
了解更多： 肽介导的 CRISPR 酶递送，用于高效编辑原代人淋巴细胞 （自然生物医学工程，25 年 2023 月 XNUMX 日）
