改進的基因編輯方法可以為下一代細胞和基因療法提供動力

與現有方法相比，一種新的細胞基因工程方法有望顯著提高速度、效率並減少細胞毒性。 賓州大學佩雷爾曼醫學院研究人員的一項研究表明，這種方法還可以推動癌症和其他疾病的先進細胞療法的開發。

在本週發表的這項研究中自然生物科技，研究人員發現一些病毒用來幫助它們進入細胞的技術也可用於將 CRISPR-Cas 基因編輯分子引入細胞及其含有 DNA 的細胞核，具有極高的效率和低細胞毒性。

科學家們預計這項新技術對於改造患者自身的 T 細胞和其他細胞以進行細胞療法特別有用。 其中一種應用可能是 CAR T（嵌合抗原受體 T 細胞）療法，它使用經過特殊修飾的來自患者以治療癌症。 T 細胞（一種白血球）從患者體內取出，並重新編程，以便在重新引入血液時發現並攻擊癌細胞。

第一個 FDA 批准的 CAR T 療法是由 Penn Medicine 開發的，並於 2017 年獲得美國食品和藥物管理局的批准。 這些療法徹底改變了某些 B 細胞白血病、淋巴瘤和其他血癌的治療方法，使許多原本沒有希望的患者獲得了長期緩解。

「這種新方法建立在 Penn Medicine 細胞和基因治療創新歷史的基礎上，有潛力成為工程細胞療法的主要支持技術，」共同高級作者 E. John Wherry 博士、Richard 和 Barbara 說。系統藥理學和轉化治療學主席傑出教授兼主席。

CRISPR-Cas 分子源自於古老的細菌抗病毒防禦，旨在精確去除細胞基因組中所需位置的 DNA。 一些基於 CRISPR-Cas 的系統將舊 DNA 的刪除與新 DNA 的插入結合起來，以進行多功能基因組編輯。 這種方法可用於用正確的基因替換有缺陷的基因，或刪除或修改基因以增強細胞功能。 一些系統還可以添加賦予 CAR T 細胞新特性的基因，例如識別腫瘤或承受通常會耗盡 T 細胞的惡劣腫瘤微環境的能力。

儘管 CRISPR-Cas 系統已經廣泛用作分子生物學的標準實驗室工具，但它們在修改患者細胞以進行基於細胞的療法方面的用途受到限制，部分原因是 CRISPR-Cas 分子很難進入細胞，然後進入含有DNA 的細胞核。

「目前將CRISPR-Cas 系統引入細胞的方法，包括使用載體病毒和電脈衝，對於直接取自患者的細胞（稱為原代細胞）來說效率低下。這些方法通常還會殺死許多使用它們的細胞。博士說。

在這項研究中，研究人員探索了使用病毒衍生的小蛋白質片段（稱為勝肽）來更有效地引導 CRISPR-Cas 分子穿過原代人類細胞的外膜並進入細胞核。 值得注意的是，研究人員發現兩種修飾勝肽的融合組合——一種在 HIV 中發現，另一種在— 可與 CRISPR-Cas 分子混合，使它們進入原代人類或小鼠細胞及其細胞核，效率高達近 100%，具體取決於細胞類型 — 幾乎沒有毒性或基因表現變化。

團隊展示了這種被他們稱為 PAGE（勝肽輔助基因組編輯）的方法，適用於多種類型的設想細胞療法，包括 CAR T。

作者指出，除了在細胞和基因治療中的潛在用途外，PAGE 方法還可以在基礎科學研究中廣泛應用。 標準 CRISPR-Cas 細胞滲透方法效率低下，這意味著透過基因編輯創建小鼠疾病模型通常需要一個多步驟、耗時的過程來生成——將基因編輯機制引入他們的 DNA 中。 相較之下，PAGE 以其高效率和低毒性可能使普通實驗室小鼠的基因編輯快速、高效、簡單。

「勝肽輔助概念的簡單性和強大性表明，它在未來有可能適用於將其他基因組編輯蛋白，甚至基於蛋白質的藥物傳遞到原代細胞中，」共同高級作者史俊偉說，博士，癌症生物學助理教授，賓州大學表觀遺傳學研究所和艾布拉姆森家族癌症研究所成員。

這項研究是一項合作，包括賓州大學傳染病、生物化學和生物物理學副教授 Rahul Kohli 博士（醫學博士、博士）和合著者 Gerd Blobel 博士（醫學博士、博士）的實驗室。兒科教授兼表觀遺傳學研究所共同主任。