由卡內(nèi)基·梅隆大學和耶魯大學的科學家開發(fā)的新一代基因編輯系統(tǒng)成功地治愈了活體小鼠的遺傳性血液疾病，過程僅使用了一個簡單的靜脈治療。與流行的CRISPR基因編輯技術(shù)不同，新技術(shù)可用于活體動物，并顯著降低了不必要的、目標基因之外的突變發(fā)生。相關(guān)結(jié)果報道在Nature Communications雜志上，為β-地中海貧血以及鐮狀細胞病等血液疾病提供了新的治療思路。

優(yōu)于CRISPR，新一代基因編輯技術(shù)治療遺傳性血液疾病

CRISPR基因編輯技術(shù)依賴DNA切割酶在固定位置切開DNA，再編輯某個特定的基因，這就帶來了雙重問題。首先，酶比較大難以在活體動物內(nèi)直接管理，所以科學家們通常要先將細胞移除至實驗室中操作，然后再把它們放回到體內(nèi)；第二，在細胞內(nèi)，酶會任意地切除目標位點之外的位置。

而這項研究避免了這些問題。新系統(tǒng)依托于當前最先進的肽核酸（PNA）分子，這是由卡內(nèi)基·梅隆大學核酸技術(shù)中心（CNAST）率先開發(fā)的合成核苷酸技術(shù)?！拔覀兪褂肍DA批準的納米粒子開發(fā)了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能將PNA連同捐贈DNA一起遞送到活小鼠體內(nèi)，以修復故障基因?！笨▋?nèi)基·梅隆大學自然科學學院化學教授Danith Ly說。

新系統(tǒng)由包含PNA的生物相容性納米顆粒組成，類蛋白骨架中的納米合成小分子與DNA/RNA中的核酸堿基相連。PNA分子主要是用來打開雙鏈DNA，并以一種特殊的方式綁定在目標位點附近，更重要的是不會切割任何其他位點。此外，PNA能很容易地被裝到納米給藥系統(tǒng)中，這種系統(tǒng)已被FDA批準用于治療人類神經(jīng)退行性疾病。

除了在實驗室中利用老鼠和人類骨髓干細胞對該系統(tǒng)進行測試，研究人員還對β-地中海貧血小鼠模型進行納米靜脈注射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)造血干細胞基因編輯的成功率為7%，且靜脈治療幾個月后血紅蛋白水平升高。這意味著擁有了一個顯著的進步，因為傳統(tǒng)基因編輯方法產(chǎn)生的成功率只有0.1。

“效果可能只有7%，但它代表的是療效?！盠y說，“在特殊的疾病模型中，不需要很多的校正，也無需100%地看到表型回歸到正常?！?

新技術(shù)的關(guān)鍵——新型PNA

在這項研究中，Ly等研究人員設(shè)計了新型PNA，以靶向?qū)е娄碌刂泻Ｘ氀墓收匣?。與耶魯大學的Peter Glazer團隊合作，Ly團隊在納米粒系統(tǒng)中加入新設(shè)計的PNA、含有正常功能性血紅蛋白β亞基基因（HBB）的捐贈DNA和干細胞因子（增強基因編輯的能力）。

PNA與DNA中的目標位點結(jié)合行成了PNA-DNA-PNA三聯(lián)體，留下一個替換的DNA鏈。這種復雜的三聯(lián)體使捐贈DNA結(jié)合到有缺陷的DNA位點附近?？偠灾?，這種方法通過改變螺旋結(jié)構(gòu)使細胞利用自身的DNA修復能力來糾正出故障的HBB基因。

該研究主要有兩個顯著的進展。第一個是PNA本身。研究人員利用新一代PNA化學技術(shù)來設(shè)計了新型PNA分子——在γ-PNA對側(cè)鏈上加聚乙二醇基團，這種創(chuàng)新使PNA具有水溶性和生物相容性，這意味著它不會綁到蛋白質(zhì)及其他的生物分子上；另外，聚乙二醇基團的特殊立體化學提前將PNA分子變?yōu)橛沂致菪Y(jié)構(gòu)，從而使PNA分子更容易與DNA結(jié)合。第二個進步在于發(fā)現(xiàn)了干細胞因子促進基因編輯。