来自 科技 2022-05-21 09:23 的文章

son songpaisarn 不靠病毒潜入体内 “上帝的手术刀”更安全

来源:科技日报

解码基因编辑

在把CRISPR-Cas9送到细胞中时,需要借助载体的帮助。其中病毒载体是目前最流行的递送方式,但其成本高、存在脱靶效应,还会对人体产生致癌风险。而这次浙江大学研究团队的最新成果,为非病毒载体在基因编辑中的运用打开了另一扇窗。

精确定位并切断DNA上的基因位点,关闭某个基因或引入新的基因片段,让失去希望的病人重获治愈的可能……CRISPR基因编辑技术,自问世以来就被誉为“上帝的手术刀”。

但是,这个神奇的“手术刀”居然也有失手的时候,其脱靶效应一直是阻碍其应用的关键障碍之一。

近日,由来自南京大学、厦门大学和南京工业大学的科研人员,开发出一种“基因剪刀”工具的新型载体,可实现基因编辑可控,在癌症等重大疾病治疗方面具有广阔的应用前景。目前,该成果已在新一期美国《科学进展》杂志上发表。

来自病毒载体的担忧

转基因大豆油、抗虫棉花、甚至是免疫艾滋病的基因编辑婴儿……虽然争论不休,但在短短数十年时间里,基因编辑技术作为一个新时代的产物,还是迅速地跟多数普通人建立起联系。但是,说到其中运用的工具和原理,很多人就不太熟悉了。

自上世纪60年代揭示遗传密码的秘密之后,人类对基因的改造尝试就从未停止过。用更形象的说法,基因编辑可以理解为,利用“基因剪刀”将DNA链条断开,对目标DNA片段进行改造的过程,无论是增添还是敲除基因,本质上都是从分子水平改变生物的性状。

目前,科学家们最普遍使用的“基因剪刀”是一种名为CRISPR-Cas9的外源DNA,它的诞生离不开细菌。病毒为了自身繁衍利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务,细菌在与病毒抗争的过程中,在体内进化出CRISPR系统,能够不露声色地将病毒基因从自己的染色体上切除。科学家们正是利用了这一特性,开发出了这款尖端的“基因剪刀”。

如何把CRISPR-Cas9送到细胞中去?这就需要借助到载体的帮助。

根据基因载体来源,我们可以把基因载体分成5大类,分别是质粒载体、噬菌体载体、病毒载体、非病毒载体和微环DNA。其中病毒载体是目前最流行的递送方式,截至2018年6月,临床试验中超过70%的基因药物载体为病毒。将复合物连接到病毒后,病毒侵入靶细胞的细胞核,CRISPR-Cas9这把“基因剪刀”才能发挥出真正的功能。

逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒(AAV),这三大类病毒,已经在提供遗传物质的治疗方面进行了广泛的应用。然而,构建病毒载体是一个艰苦而且高成本的过程,并且运用这些病毒载体递送并不能做到万无一失。“CRISPR-Cas9的优势很明显,劣势也明显。它存在脱靶效应,也可能会切断目标之外的其他区域,对正常的区域进行切除时,就会产生很大的损伤。”南京大学现代工程与应用科学学院教授宋玉君说。

研究表明,病毒类载体在CRISPR-Cas9系统中存在着固有缺点,包括致癌风险,插入大小限制以及会在人体内产生免疫反应。例如,逆转录病毒可能造成插入性突变,导致癌症发生,向静脉高剂量注射AAV用于基因治疗也会产生严重毒性。

更安全的基因编辑载体来了

病毒作为运输载体用于基因工程的安全性还不能完全掌控,因此科学家们提出了几种替代的非病毒递送材料,包括金纳米颗粒、黑磷、金属有机骨架、氧化石墨烯和各种纳米材料。

相比病毒,这些材料在安全性上有了很大的提升。但是,基因编辑的时间和基因编辑的

过程,仍然无法为科学家所控制。

发表在《科学进展》杂志上的最新科研成果中,来自南京大学、厦门大学和南京工业大学的科研人员开发出一种“基因剪刀”工具的新型非病毒载体,可以通过近红外光控制“修剪”基因的方式,实现体内时间和空间上的基因编辑可控,在癌症等重大疾病治疗方面具有广阔的应用前景。

针对CRISPR-Cas9的脱靶效应,研发团队经过长达一年半的试验,研发出一种名叫“上转换纳米粒子”的非病毒载体,这种纳米粒子可以被细胞大量内吞,通过一种光敏化合物将CRISPR-Cas9锁定在上转换纳米粒子上。

宋玉君表示:“红外光具有强大的组织穿透性,这为在人体深层组织中安全、精准地应用基因编辑技术提供了可能。”

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