高效工程化细胞和基因疗法的新方法

与目前的方法相比，一种新的细胞基因工程方法有望显着提高速度、效率并降低细胞毒性。根据宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院研究人员的一项研究，该方法还可以推动癌症和其他疾病的先进细胞疗法的发展。

在本周发表在《自然生物技术》杂志上的这项研究中，研究人员发现，一些病毒用来帮助它们进入细胞的蛋白质片段也可用于让CRISPR-Cas基因编辑分子进入细胞及其含有DNA的细胞核，这些细胞核具有极高的效率和低细胞毒性。

科学家们预计这项新技术对于修饰来自患者自身身体的T细胞和其他细胞以进行细胞疗法特别有用。一种这样的应用可能是CART(嵌合抗原受体T细胞)疗法，它使用来自患者的经过特殊修饰的免疫细胞来治疗癌症。T细胞——一种白细胞——从患者体内取出并重新编程以在重新引入血液时发现并攻击癌细胞。

第一个FDA批准的CART疗法是在PennMedicine开发的，并于2017年获得食品和药物管理局的批准。现在美国有六种FDA批准的CART细胞疗法。这些疗法彻底改变了某些B细胞白血病、淋巴瘤和其他血癌的治疗方法，使许多原本希望渺茫的患者获得长期缓解。

这种新方法——;基于PennMedicine在细胞和基因疗法创新方面的历史，它有可能成为工程化细胞疗法的主要支持技术。”

E.JohnWherry，博士，共同资深作者，Richard和BarbaraSchiffrin总统杰出教授，宾夕法尼亚大学医学院系统药理学和转化治疗学

CRISPR-Cas分子源自古老的细菌抗病毒防御系统，旨在精确去除细胞基因组中所需位置的DNA。一些基于CRISPR-Cas的系统将旧DNA的删除与新DNA的插入相结合，以进行多功能基因组编辑。这种方法可用于用正确的基因替换有缺陷的基因，或者删除或修改基因以增强细胞功能。一些系统还可以添加赋予CART细胞新特性的基因，例如识别肿瘤或承受通常会耗尽T细胞的恶劣肿瘤微环境的能力。

尽管CRISPR-Cas系统已被广泛用作分子生物学的标准实验室工具，但它们在修饰患者细胞以进行基于细胞的疗法方面的用途受到限制——部分原因是CRISPR-Cas分子很难进入细胞，并且然后进入细胞的含有DNA的细胞核。

“目前将CRISPR-Cas系统引入细胞的方法，包括使用载体病毒和电脉冲，对于直接从患者身上提取的细胞(称为原代细胞)来说效率低下。这些方法通常还会杀死许多使用它们的细胞，甚至可能导致基因活动发生广泛的不需要的变化，”共同资深作者ShelleyL.Berger博士说，他是DanielS.Och大学细胞与发育生物学和遗传学教授，也是宾夕法尼亚表观遗传学研究所所长。

在这项研究中，研究人员探索了使用源自病毒的小蛋白质片段(称为肽)来引导CRISPR-Cas分子更有效地穿过原代人类细胞的外膜并进入细胞核。值得注意的是，研究人员发现，两种修饰肽的融合组合——一种在HIV中发现，一种在流感病毒中发现——可以与CRISPR-Cas分子混合，使它们进入原代人或小鼠细胞及其细胞核，效率高达几乎100%，取决于细胞类型——几乎没有毒性或基因表达变化。

该团队展示了这种他们称之为PAGE(肽辅助基因组编辑)的方法，用于几种类型的设想细胞疗法，包括CART细胞疗法。

作者指出，除了在细胞和基因疗法中的潜在用途外，PAGE方法还可以在基础科学研究中得到广泛应用。标准CRISPR-Cas细胞渗透方法的低效意味着通过基因编辑来创建小鼠疾病模型通常需要一个多步骤、耗时的过程来生成转基因小鼠——将基因编辑机制引入到它们的DNA中。相比之下，高效低毒的PAGE可以在普通实验室小鼠中实现快速、高效和直接的基因编辑。

“肽辅助概念的简单性和强大性表明，它有可能在未来被用于将其他基因组编辑蛋白甚至基于蛋白质的药物递送到原代细胞中，”共同资深作者施俊伟说，博士，癌症生物学助理教授，宾夕法尼亚表观遗传学研究所和艾布拉姆森家庭癌症研究所成员。

这项研究是一项合作，包括宾夕法尼亚大学合著者、传染病和生物化学与生物物理学副教授RahulKohli医学博士和博士以及FrankE.WeiseIII教授GerdBlobel医学博士和博士的实验室。儿科和表观遗传学研究所的联合主任。