把“基因剪刀”安全送进体内 新技术有效性获得动物实验验证

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日期:2021-01-27 11:20:48    来源:科技日报    

打通基因编辑治疗最后一公里

把“基因剪刀”安全送进体内

1月12日,《自然·生物技术》杂志发表了上海交通大学系统生物医学研究院蔡宇伽教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭副主任医师在基因编辑治疗领域取得的重大突破:他们研发出一种能将基因编辑工具递送到体内的原创技术,首次在动物体内清除了潜伏在三叉神经节内的单纯疱疹病毒(HSV),有望用基因疗法治愈病毒性角膜炎。

新技术有效性获得动物实验验证

基因编辑技术发展至今已有近30年的历史,为从根本层面上解决疾病成因提供了可能性。要能实现精确的基因编辑以达到治疗效果,不仅需要合适的基因编辑工具,更需要高效且瞬时的递送技术,将工具准确地引导至作用靶点,以确保治疗的安全性和有效性。

“目前,相对于基因编辑工具的快速进化,递送技术的发展却极其缓慢而困难。”蔡宇伽表示,他们研发出全球首创的基因治疗递送载体——类病毒体-mRNA(VLP-mRNA)。作为一种慢病毒载体,它可以高效感染几乎所有的细胞,而其中的非病毒成分mRNA又具备瞬时表达的特点。该技术解决了对体细胞进行基因编辑治疗的最大技术瓶颈——递送技术,有望打通基因编辑体内治疗的最后一公里。

HSV的唯一自然宿主就是人类。因此,HSV在人群中的感染极为普遍,至今仍是尚未被攻克的医学难题。HSV根据抗原特性不同可分为HSV-1和HSV-2两种血清型,若眼角膜被HSV-1感染,会引起疱疹性基质性角膜炎(HSK),成为导致感染性失明的首要原因。

部分病毒性角膜炎患者能通过接受移植恢复角膜透明,但移植后容易复发。在全球范围内,估计每年有150万个角膜HSV复发案例,至少造成4万人失明。如何在保证安全的基础上,直接降解病毒的基因组,甚至从根源上“剔”除潜伏的HSV,就成了亟待解决的问题。

HSV-1在角膜上皮原发性感染并生产复制后,会沿逆行方向通过眼神经到达三叉神经节。在那里,它们建立了一个病毒贮库。一旦重新激活,疾病便会复发和恶化。利用该递送技术,蔡宇伽和洪佳旭团队进行了CRISPR基因编辑治疗病毒性角膜炎的临床前研究,在急性和复发感染的小鼠模型中实现了从角膜到三叉神经节的逆行运输,成功将潜藏在神经节的HSV-1病毒库清除。研究团队将这项治疗技术命名为“HELP”。

可降低基因编辑脱靶风险

随着基因编辑工具的不断发展,如何将这些工具更好地递送进入病灶内,并降低这些工具在细胞中产生的长期风险,成为基因治疗领域日益凸显的新挑战。研究团队此次开发的新技术,创新性地将病毒颗粒(VLP)和基因编辑工具的递送结合起来,在病毒性角膜炎的动物模型中实现了有效且安全的基因编辑。

“新技术不仅解决了传统递送平台存在的尺寸限制,且将基因编辑工具的表达载体由长期存在的DNA替换成了瞬时表达的mRNA,极大地提高了工具使用的灵活性和安全性。”阿斯利康(瑞典)基因治疗项目高级科学家李松沅博士评价道。

这一原创性基因治疗技术,已经获得细胞水平、动物水平到捐献者角膜等临床前研究的可靠性论证。HELP技术以mRNA的形式完成“基因剪刀”(CRISPR/Cas9)的递送,使得基因编辑酶Cas9在体内的停留时间很短,可最大限度地降低脱靶风险、减少免疫反应。这些结果都有力地支持了HELP作为一种新的抗病毒疗法的临床潜力,将帮助基因编辑真正用于体内治疗。

“新递送技术在动物模型上治愈病毒性角膜炎,已经得到验证。但该技术对人类效果如何,还需深入研究。”蔡宇伽告诉记者。

考虑到眼部器官的相对独立性、病毒性角膜炎的无法治愈性和疾病与技术的适配性,研究团队决定继续开展合作。目前,在复旦大学附属眼耳鼻喉科医院伦理委员会的论证及许可下,洪佳旭团队正在主持开展基于本项技术的初期可控的临床应用研究。未来或将应用拓展至其他遗传性眼科疾病的治疗上。

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