來源：生物谷原創(chuàng) 2023-08-08 09:33
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國費(fèi)城兒童醫(yī)院和賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種概念驗(yàn)證模型，用于遞送基因編輯工具來治療血液疾病，從而可以直接在體內(nèi)改造患病的血細(xì)胞，這是基因藥物發(fā)展的一個進(jìn)
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國費(fèi)城兒童醫(yī)院和賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種概念驗(yàn)證模型，用于遞送基因編輯工具來治療血液疾病，從而可以直接在體內(nèi)改造患病的血細(xì)胞，這是基因藥物發(fā)展的一個進(jìn)步。如果將這種方法應(yīng)用于臨床，就可能擴(kuò)大基因療法治療血液疾病的使用范圍并降低成本，而目前許多血液疾病基因療法需要患者接受化療和干細(xì)胞移植。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年7月28日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“In vivo hematopoietic stem cell modification by mRNA delivery”。
論文共同通訊作者、費(fèi)城兒童醫(yī)院兒科教授Stefano Rivella博士說，“目前，如果你想用基因療法治療鐮狀細(xì)胞病和β地中海貧血等血液疾病，患者必須接受諸如化療之類的調(diào)理治療（conditioning treatments），為新的、經(jīng)過基因校正的血細(xì)胞騰出空間，這既昂貴又有風(fēng)險。在我們的論文中，我們證明了可以通過'一勞永逸’的療法，在體內(nèi)直接用經(jīng)過基因校正的血細(xì)胞替換病變的血細(xì)胞，從而無需進(jìn)行清髓性調(diào)理治療（myeloablative conditioning treatments），并簡化了這些可能改變生命的治療方法的遞送過程。這是我們在治療遺傳疾病的思路上向前邁出的一大步，可能擴(kuò)大基因療法的使用范圍，讓最需要的患者也能接受基因療法。”
論文共同通訊作者、賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院傳染病研究助理教授Hamideh Parhiz博士說，“向特定組織和細(xì)胞類型靶向遞送mRNA編碼的治療劑將對未來用核酸治療疾病的方式產(chǎn)生巨大影響。在我們的研究中，我們提供了一種細(xì)胞特異性靶向脂質(zhì)納米顆粒，它封裝了作為一種平臺技術(shù)的mRNA治療劑/編輯劑，可用于針對許多需要精確靶向基因治療方式的疾病的體內(nèi)細(xì)胞重編程。在這篇論文中，我們將這種靶向平臺與 mRNA 療法和基于 RNA 的基因組編輯工具的進(jìn)展相結(jié)合，提供了一種控制造血干細(xì)胞命運(yùn)和校正基因缺陷的新方法。與目前可用的技術(shù)相比，mRNA編碼的靶向基因組編輯方法可實(shí)現(xiàn)可控表達(dá)、高編輯效力和潛在更安全的體內(nèi)基因組修飾。”
造血干細(xì)胞（HSC）存在于骨髓中，在骨髓中終生分裂，以便產(chǎn)生血液和免疫系統(tǒng)中的所有細(xì)胞。在鐮狀細(xì)胞病和免疫缺陷病等非惡性造血疾病患者中，這些血細(xì)胞因攜帶基因突變而無法正常發(fā)揮作用。
對于這些患者，目前有兩種可能治愈的治療方法，都涉及骨髓移植：一種是使用健康捐獻(xiàn)者的造血干細(xì)胞進(jìn)行干細(xì)胞移植，另一種是基因治療，即在體外對患者自身的造血干細(xì)胞進(jìn)行基因改造，然后再移植回體內(nèi)（通常稱為體外基因治療）。
由于造血干細(xì)胞來自捐獻(xiàn)者，前一種方法存在移植物抗宿主疾病的風(fēng)險，而且這兩種方法都涉及化療或放療的調(diào)理治療方案，以消除患者體內(nèi)患病的造血干細(xì)胞，使其做好接受新細(xì)胞的準(zhǔn)備。這些調(diào)理治療過程會產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用，因此有必要研究毒性較低的方法。
體外CD117/LNP-Cre編輯的造血干細(xì)胞在二次移植后仍然持續(xù)存在。圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.ade6967。
一種無需使用上述兩種方法的選擇是體內(nèi)基因編輯：將基因編輯工具直接注入患者體內(nèi)，這樣就可以對造血干細(xì)胞進(jìn)行編輯和校正，而無需進(jìn)行調(diào)理治療。
為了驗(yàn)證這種方法，費(fèi)城兒童醫(yī)院的Laura Breda博士和Michael P. Triebwasser博士、賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的Tyler E. Papp和mRNA 疫苗研究先驅(qū)Drew Weissman博士領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團(tuán)隊(duì)使用液體納米顆粒（liquid nanoparticle, LNP）來遞送 mRNA 基因編輯工具。LNP 在包裝和向細(xì)胞遞送 mRNA 方面非常有效，由于 LNP-mRNA 平臺用于兩種COVID-19 疫苗，LNP 在 2020 年得到了廣泛應(yīng)用。
然而，就 COVID-19 疫苗而言，LNP-mRNA 構(gòu)造物并不針對體內(nèi)的特定細(xì)胞或器官。鑒于這些作者希望專門針對造血干細(xì)胞，他們給實(shí)驗(yàn)用 LNP 表面裝飾了能識別造血干細(xì)胞表面受體 CD117 的抗體。隨后，他們采用了三種方法來測試 CD117/LNP 配方的功效。
首先，這些作者測試了CD117/LNP封裝的報告基因mRNA，結(jié)果顯示成功實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)mRNA表達(dá)和基因編輯。接下來，他們研究了這種方法是否可用于治療血液病。他們測試了CD117/LNP封裝的mRNA，該mRNA編碼一種針對導(dǎo)致鐮狀細(xì)胞病的基因突變的Cas9基因編輯器。這種基因編輯技術(shù)能將致病血紅蛋白突變轉(zhuǎn)化為非致病變體。
這些作者在鐮狀細(xì)胞病捐獻(xiàn)者的造血干細(xì)胞上測試了他們的LNP-mRNA 構(gòu)造物，結(jié)果顯示，CD117/LNP促進(jìn)了體外高效堿基編輯，使功能性血紅蛋白相應(yīng)增加了91.7%。他們還證明，鐮狀細(xì)胞幾乎完全消失。
最后，這些作者探討了 LNPs是否可用于體內(nèi)調(diào)理治療，這樣就可以在不使用化療或放療的情況下耗盡骨髓。為此，他們使用CD117/LNP封裝了編碼PUMA（一種促進(jìn)細(xì)胞死亡的蛋白）的mRNA。
在一系列體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，這些作者發(fā)現(xiàn)，CD117/LNP-PUMA體內(nèi)靶向能有效耗竭病變的造血干細(xì)胞，從而成功輸注和吸收新的骨髓細(xì)胞，即定植，而無需化療或放療。在動物模型中觀察到的定植率與報道的使用健康供體骨髓細(xì)胞足以治愈重癥聯(lián)合免疫缺陷癥（SCID）的定植率一致，這表明這種技術(shù)可能用于治療重癥免疫缺陷癥。
Breda博士說，“這些發(fā)現(xiàn)可能會改變基因療法，不僅可以在體內(nèi)對細(xì)胞類型進(jìn)行特異性基因修飾，而且風(fēng)險極低，從而可以對造血干細(xì)胞生理學(xué)進(jìn)行以前不可能進(jìn)行的操作，同時還提供了一個平臺，如果調(diào)整得當(dāng)，可以校正許多不同的單基因疾病。這類新穎的遞送系統(tǒng)可能有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)十年來遺傳學(xué)和生物醫(yī)學(xué)協(xié)同研究以消除一系列人類疾病的承諾?！保?a target="_blank" >生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Laura Breda et al. In vivo hematopoietic stem cell modification by mRNA delivery. Science, 2023, doi:10.1126/science.ade6967.
Samuele Ferrari et al. A step toward stem cell engineering in vivo. Science, 2023, doi:10.1126/science.adj0997.
