FDA批准CRISPR首次测试以纠正导致镰状细胞病的遗传缺陷
2014年，在获得诺贝尔奖的CRISPR-Cas9基因组编辑发明两年后，詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)认为这项技术已经足够成熟，可以治愈一种毁灭性的遗传性疾病——镰状细胞病，这种疾病折磨着世界各地数百万人，其中大多数是非洲裔。在美国，大约有10万黑人患有这种疾病。
他们动员了当时新成立的创新基因组研究所(IGI)的同事们——这是加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的联合研究合作项目——试图修复导致红细胞扭曲和堵塞动脉的单一突变，这种突变会导致极度疼痛和死亡。然而，目前可用的治疗方法通常包括定期输血骨髓移植能治愈那些能找到匹配供体的人。
经过六年的工作，这种实验性治疗现已被美国食品和药物管理局批准进行临床试验，使基于crispr疗法的首次人体测试能够直接纠正β -珠蛋白基因的突变镰状细胞病．球蛋白是血红蛋白复合物中的一种蛋白质，负责在全身运输氧气。
这些试验预计将持续四年时间，由加州大学旧金山分校贝尼奥夫儿童医院奥克兰分校和加州大学洛杉矶分校布罗德干细胞研究中心的医生领导，他们计划从今年夏天开始招募6名患有严重镰状细胞病的成年人和3名青少年。
IGI的临床诊断实验室是在Doudna的领导下建立的，旨在为伯克利社区提供免费的COVID-19检测，该实验室将通过开发诊断方法来监测患者的健康状况和跟踪治疗效率，在为试验提供分析支持方面发挥关键作用。
杜德纳是加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授，也是霍华德休斯医学研究所的研究员，他说:“我们有动力去寻找一种全世界患者都能负担得起的治疗方法。”“这项试验的启动是这条道路上至关重要的第一步。”
其他试验已经成功地使用CRISPR-Cas9敲除了一种抑制胎儿血红蛋白基因的基因，这种基因在人类中通常是关闭的。这项技术重新唤醒了胎儿基因，并在至少3名患者中缓解了镰状细胞病的症状。
这项新的试验是基因敲入:研究人员正在使用CRISPR-Cas9用修复版本取代有缺陷的β -珠蛋白基因，目标是创造正常的成人红细胞并治愈这种疾病。
加州大学旧金山分校儿科教授、临床试验和基因编辑项目首席研究员马克·沃尔特斯博士说:“这种疗法有可能通过产生一种比目前骨髓捐赠者干细胞移植更安全的可获得的治愈性治疗来改变镰状细胞病的治疗。”bob电竞“如果这能成功应用于年轻患者，就有可能预防这种疾病的不可逆并发症。”
病人是他们自己的干细胞供体
与重新唤醒胎儿血红蛋白的替代方法一样，这项技术需要收集患者的一些造血干细胞(产生人体所有红细胞的骨髓细胞)，在体外进行基因编辑。在这些细胞被移除后，剩余的骨髓被化疗破坏，为修复和重新注入的干细胞提供生长空间。
Walters同时也是加州大学旧金山分校贝尼奥夫儿童医院奥克兰分校血液和骨髓移植项目的Jordan家族主任，他将与加州大学洛杉矶分校的内科科学家Donald Kohn博士合作，Donald Kohn博士开发了几种遗传性血液疾病的基因疗法，包括一种严重联合免疫缺陷症(SCID)的治疗方法。科恩还领导着一个镰状细胞病另一种基因疗法的临床试验该疗法包括向患者的干细胞中添加一种新基因，以克服镰状细胞突变。
“基因治疗和基因编辑允许每个患者充当自己的干细胞捐赠者，”Kohn说，他是微生物学、免疫学和生物学的杰出教授分子遗传学他是bob电竞加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院的儿科、分子和医学药理学教授，也是加州大学洛杉矶分校Broad干细胞研究中心的成员。“从理论上讲，这些方法应该比从另一个人身上移植更安全，而且可能会普遍应用，因为它们消除了大海捞针寻找匹配的干细胞供体的需要。”
Kohn将领导加州大学洛杉矶分校的实验室和临床试验活动，并监督用于临床试验的药物CRISPR_SCD001的所有生产。开发这种疗法的临床前工作由加州再生医学研究所资助;国家心脏，肺和血液研究所领导的治疗镰状细胞倡议;多丽丝·杜克慈善基金会
Fyodor Urnov, IGI技术和翻译总监，加州大学伯克利分校分子和翻译教授细胞生物学，负责监督该项研究的生物信息学和基因组学活动。
乌尔诺夫说:“值得注意的是，这项新的试验来自一个非营利性学术机构联盟，他们的长期愿景是用一种负担得起的解决方案治愈这种疾病，使全球所有需要它的人受益。”
镰状细胞病是由β -珠蛋白基因DNA编码的单一变化引起的。新的试验使用CRISPR-Cas9核酸酶(一种完全组装的Cas9蛋白)和靶向β -珠蛋白基因缺陷区域的引导RNA序列，伴随着编码正确序列的短DNA片段，通过将正常DNA片段替换为异常DNA片段来刺激镰状突变的修复。在这种方法中，患者的血液干细胞首先被电脉冲处理，从而在细胞膜上产生气孔。这些孔允许CRISPR-Cas9平台进入干细胞并移动到它们的细胞核以纠正镰状细胞突变。
沃尔特斯说:“这种形式的基因组编辑疗法的目标是纠正足够多的干细胞中的突变，这样循环中的血液就能纠正红细胞。”“根据我们在骨髓移植方面的经验，我们预测可以纠正20%的畸形基因应该足以击败原生镰状细胞，并具有强大的临床效益。”
最终的生产方案使用无病毒方法编辑血液干细胞，并在与FDA协商后进行的临床前安全/毒理学研究中得到验证。
未来的CRISPR疗法
而加州大学的医生将目前的CRISPR疗法临床试验在美国，IGI的科学家们正在努力改进这项技术，以便最终可以在不移除干细胞或破坏骨髓的情况下，在体内对镰状细胞突变进行纠正。因为骨髓也会产生白细胞来保护我们免受疾病的侵害，破坏它会抑制免疫系统，并使患者感染甚至癌症的风险增加，直到注入的、经过校正的干细胞能够繁殖和补充。
“目前，我们正在进行体外治疗，即从骨髓中取出细胞，在体外纠正突变，”IGI的治疗输送主任罗斯·威尔逊(Ross Wilson)说。“但在这段时间里——可能是几个月——骨髓正在重新填充。因此，当需要注入经过校正的细胞时，患者必须接受积极的化疗，以清除骨髓，让那些经过校正的细胞找到一个家。”
威尔逊乐观地认为，他和IGI的科学家可以找到一种方法，将CRISPR疗法直接发送到体内的骨髓，使用抗体将CRISPR酶靶向到正确的茎细胞．其他科学家使用工程病毒或脂肪液滴(脂质纳米颗粒)将CRISPR酶运送到体内，迄今为止都失败了。
他说:“我们试图传递的分子在物理上更小——是其他人试图传递到骨髓的纳米颗粒直径的八分之一——这可能会带来巨大的好处。”“我们的自我传递酶应该能够到达骨髓。”
无论成功的策略是体外还是体内，为镰状细胞病开发的CRISPR平台都可能改变其他疾病的基因治疗。
他说:“这就是IGI的愿景:首先是镰状细胞，但我们的努力将产生连锁反应，使治疗一般的血液疾病，如β -地中海贫血，以及免疫系统疾病成为可能。”“造血干细胞是整个免疫系统的种子，所以从理论上讲，所有血液疾病都可以通过这样的干细胞疗法治愈。”
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