用CRISPR技術實現iPS細胞治療

日期：2015-03-12 08:50:12

來自約翰霍普金斯大學的研究人員利用一種稱作為CRISPR的強大的基因組編輯技術，成功地糾正了來自鐮狀細胞病患者的干細胞中的一種遺傳錯誤，隨后利用這些細胞生成了成熟的紅細胞。

對于某些鐮狀細胞病的患者而言當前沒有很好的治療方法可供選擇，他們需要接受頻繁的輸血。這項研究代表人們朝著更有效地治療這些患者邁出了重要的一步。研究結果發表在最新一期的《干細胞》（Stem Cells）雜志上。

領導這一研究的是霍普金斯大學血液學教授、細胞工程學研究所成員程臨釗(Linzhao Cheng)博士。他于2012年入選第七批國家“千人計劃”。主要研究干細胞生物學、人類胚胎干細胞和其它多能干細胞,、人類iPS細胞與重編程、造血干細胞與造血作用、人類細胞基因打靶、慢病毒載體與逆轉錄病毒載體,基因表達，調控與監測、細胞治療與移植, 基因治療等。

在鐮狀細胞病中，一種遺傳變異導致了患者的血細胞不再呈現為典型的圓形，而變為新月（或鐮刀）形。這些新月形的細胞具有粘性，可通過血管阻塞血流，往往會造成嚴重的身體疼痛和虛弱乏力。移植造血骨髓有潛力治愈這一疾病。但對于一些無法耐受移植手術或移植失敗的患者而言，最好的治療選擇就是定期接受來自血型匹配健康供體的輸血。

程臨釗說，問題在于隨著時間的推移，患者的身體往往會開始啟動一種免疫反應對抗外源血液。“他們的身體會迅速地殺死這些血細胞，因此他們不得不越來越頻繁地接受輸血。”

程臨釗和同事們認為，一種解決方案就是在實驗室中培養出與每個患者自身遺傳物質相匹配，因此能夠逃避免疫系統的血細胞。他的研究小組已經設計出了一種方法利用干細胞來生成人類血細胞。然而對于鐮狀細胞病患者而言有一個問題，就是實驗室培養的帶有他們遺傳物質的干細胞同樣具有這種鐮狀細胞缺陷。為了解決這一問題，研究人員一開始從患者處取得血細胞，將它們編程為了誘導多能干細胞（iPS細胞）。

CRISPR源于包含著稱作為成簇的規律間隔的短回文重復序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)DNA片段的微生物免疫系統。這一工程編輯系統利用了一種DNA剪切酶和一段短RNA片段，后者可將這一工具引導到研究人員希望在基因組中引入切口或其他改變的位置。以往的研究表明，相比于其他的基因組編輯技術例如轉錄激活樣效應因子核酸酶(transcription activator-like effector nuclease, TALEN)，CRISPR能夠通過這些干預更有效地引起基因組改變或突變。

隨后研究人員利用這種強大的CRISPR技術剪掉了鐮狀細胞遺傳變異，用健康的基因版本替代了它。最后一步就是誘導這些干細胞生成成熟的血細胞。研究人員發現，這些基因編輯干細胞能夠和未接受CRISPR處理的干細胞一樣有效地生成血細胞。

程臨釗指出，為了實現醫學應用必須要提高干細胞生成血細胞技術的效率，并顯著地擴大規模。并且還需要測試這些實驗室培養干細胞的安全性。“但這項研究表明了，有可能在并不遙遠的將來就可以向鐮狀細胞病患者提供一種令人興奮的新的治療方案。”

程臨釗說，這一生成定制血細胞的方法也適應于其他的血液疾病，并且它的潛力還不止于此。一種可能是編輯健康人的血細胞來對抗瘧疾和其他傳染原，程臨釗的研究小組希望能夠很快開展這方面的研究。