首页 抗癌 百科 癌症 资讯 保健 视频 养生 两性

致因

旗下栏目: 抗癌 百科 癌症 资讯 保健 视频 养生 两性

CRISPR 如何改变癌症研究和治疗

来源:互联网 作者:羽昕 人气:0 发布时间:2021-09-16 17:59:03
自从科学家们意识到DNA 的变化会导致癌症以来,他们一直在寻找一种通过操纵DNA来纠正这些变化的简单方法。尽管多年来已经开发了几种基因编辑方法,但没有一种方法真正适合快速、简单和廉价的技术。

CRISPR 如何改变癌症研究和治疗

自从科学家们意识到DNA 的变化会导致癌症以来,他们一直在寻找一种通过操纵DNA来纠正这些变化的简单方法。尽管多年来已经开发了几种基因编辑方法,但没有一种方法真正适合快速、简单和廉价的技术

image.png

但 2013 年发生了改变,当时几位研究人员表明,一种名为 CRISPR 的基因编辑工具可以像一把非常精确且易于使用的剪刀一样改变人类细胞的 DNA。

 

新工具席卷了研究界,显着改变了可能与不可能之间的界限。一旦 CRISPR 出现在世界各地实验室的货架和冰柜上,癌症研究人员就抓住了使用它的机会。

 

“由于该技术的便利性,CRISPR 正在成为许多癌症生物学研究中使用的主流方法,” NCI癌症生物学部的医学博士、博士 Jerry Li 说。

 

现在,CRISPR 正在从实验室培养皿中转移到癌症患者的试验中。例如,在一项小型研究中,研究人员测试了一种癌症治疗方法,该治疗方法涉及经过 CRISPR 编辑的免疫细胞,以更好地追踪和攻击癌症。

 

尽管令人兴奋,但科学家们一直在谨慎行事,摸清该工具的优势和缺陷,制定最佳实践,并就基因编辑对人类的社会和伦理后果进行辩论。

 

CRISPR 是如何工作的?

与科学和医学的许多其他进步一样,CRISPR 的灵感来自大自然。在这种情况下,这个想法是从一些微生物(例如细菌)中发现的简单防御机制中借鉴而来的。

 

为了保护自己免受病毒等入侵者的侵害,这些微生物会捕获入侵者的 DNA 片段并将它们存储为称为 CRISPR 的片段,或成簇地定期散布短回文重复序列。如果同一个细菌再次尝试攻击,这些 DNA 片段(变成了RNA 的短片段)会帮助一种名为 Cas的酶找到并切割入侵者的 DNA。

 

在发现这种防御系统后,科学家们意识到它具有多功能基因编辑工具的特性。在短短几年内,多个团队成功地改造了该系统,几乎可以编辑 DNA 的任何部分,首先是在其他微生物的细胞中,然后是最终在人类细胞中。

在实验室中,CRISPR 工具由两个主要角色组成:引导 RNA 和 DNA 切割酶,最常见的一种称为 Cas9。科学家设计了引导 RNA 来反映要编辑的基因(称为目标)的 DNA。向导 RNA 与 Cas 合作,正如它的名字一样,将 Cas 引向目标。当向导 RNA 与目标基因的 DNA 匹配时,Cas 会切割 DNA。

 

接下来会发生什么取决于正在使用的 CRISPR 工具的类型。在某些情况下,目标基因的 DNA 在修复时会被打乱,从而使基因失活。使用其他版本的 CRISPR,科学家可以以更精确的方式操纵基因,例如添加新的 DNA 片段或编辑单个 DNA 字母。

 

科学家们还使用 CRISPR 来检测特定目标,例如来自致癌病毒的 DNA和来自癌细胞的 RNA。最近,CRISPR 已被用作检测新型冠状病毒的实验测试。

 

为什么 CRISPR 很重要?

出于多种原因,科学家们认为 CRISPR 会改变游戏规则。也许最大的好处是 CRISPR 易于使用,尤其是与较旧的基因编辑工具相比。

 

“以前,世界上只有少数实验室可以制造合适的工具 [用于基因编辑]。现在,即使是高中生也可以使用 CRISPR改变复杂的基因组, ”哥伦比亚大学助理教授亚历杭德罗·查韦斯 (Alejandro Chavez) 博士说,他开发了多种新型 CRISPR 工具。

 

CRISPR 也是完全可定制的。它几乎可以编辑人类基因组 30 亿个字母中的任何 DNA 片段,并且比其他 DNA 编辑工具更精确。

 

使用 CRISPR 进行基因编辑要快得多。使用较旧的方法,“如果幸运的话,通常 [需要] 一两年时间才能生成基因工程小鼠模型,”李博士说。但现在有了 CRISPR,科学家可以在几个月内创建一个复杂的小鼠模型,他说。

 

另一个优点是 CRISPR 可以轻松扩展。研究人员可以一次使用数百个引导 RNA 来操纵和评估数百或数千个基因。癌症研究人员经常使用这种类型的实验来挑选可能成为良好药物靶点的基因。

 

作为额外的好处,“它肯定比以前的方法便宜,”查韦斯博士指出。

 

CRISPR 的局限性是什么?

凭借其优于其他基因编辑工具的所有优势,CRISPR 已成为研究癌症的科学家的首选。也有希望它也能在治疗癌症方面占有一席之地。但 CRISPR 并不完美,它的缺点让许多科学家对其在人类中的应用持谨慎态度。

 

一个主要的缺陷是 CRISPR 有时会切割目标基因之外的 DNA——这就是所谓的“脱靶”编辑。科学家们担心这种意外的编辑可能有害,甚至可能使细胞癌变,正如2002 年一项基因治疗研究中所发生的那样。

 

“如果 [CRISPR] 开始破坏基因组的随机部分,细胞就会开始以非常奇怪的方式将东西缝合在一起,人们担心它会变成癌症,”查韦斯博士解释说。但他补充说,通过调整 Cas 和引导 RNA 的结构,科学家们提高了 CRISPR 仅切割预期目标的能力。

 

另一个潜在的障碍是让 CRISPR 组件进入细胞。最常见的方法是使用病毒来完成这项工作。病毒不是携带引起疾病的基因,而是被修改为携带指导 RNA 和 Cas 的基因。

 

将 CRISPR 导入实验室培养的细胞是一回事;但将其进入人体细胞是另一回事。一些用于携带 CRISPR 的病毒可以感染多种类型的细胞,因此,例如,当目标是编辑肝细胞时,它们可能最终会编辑肌肉细胞。

 

研究人员正在探索不同的方法来微调 CRISPR 向人体特定器官或细胞的传递。有些正在测试只感染一种器官的病毒,如肝脏或大脑。其他人创造了称为纳米胶囊的微小结构 ,旨在将CRISPR 成分传递到特定细胞。

 

由于 CRISPR 刚刚开始在人体中进行测试,人们还担心身体——尤其是免疫系统——将如何对携带 CRISPR 的病毒或 CRISPR 组件本身做出反应。

 

有些人想知道免疫系统是否可以攻击 Cas(一种对人体来说是外来的细菌酶)并破坏 CRISPR 编辑的细胞。二十年前,一名患者的免疫系统对携带他接受过的基因疗法的病毒发动大规模攻击后死亡。然而,较新的基于 CRISPR 的方法依赖于似乎比用于旧基因疗法的病毒更安全的病毒。

 

另一个主要问题是编辑体内细胞可能会意外改变精子或卵细胞,从而遗传给后代。但是对于几乎所有正在进行的涉及 CRISPR 的人体研究,患者的细胞都被移除并在体外编辑。查韦斯博士说,这种“离体”方法被认为更安全,因为它比尝试编辑体内细胞更受控制。

 

然而,一项正在进行的研究正在直接在患有导致失明的遗传疾病(称为 Leber 先天性黑蒙)的人眼中测试CRISPR 基因编辑。

 

CRISPR 治疗癌症的首次临床试验

美国第一项测试 CRISPR 制造的癌症疗法的试验于 2019 年在宾夕法尼亚大学启动。这项由 NCI 部分资助的研究正在测试一种免疫疗法,在这种疗法中,患者自身的免疫细胞经过基因改造,以更好地“看到”并杀死他们的癌症。

该疗法涉及对T 细胞(可以杀死癌症的免疫细胞)进行四种基因修饰。首先,添加合成基因使 T 细胞产生一种爪状蛋白(称为受体),可以“看到”NY-ESO-1,这是某些癌细胞上的一种分子。

 

然后使用 CRISPR 去除三个基因:两个可以干扰 NY-ESO-1 受体,另一个限制细胞的抗癌能力。被称为 NYCE T 细胞的成品大量生长,然后注入患者体内。

 

“我们之前对 NY-ESO-1 导向的 T 细胞进行了一项研究,并看到了一些改善反应和低毒性的证据,”该试验的负责人、宾夕法尼亚大学的医学博士 Edward Stadtmauer 说。他和他的同事想看看用 CRISPR 去除这三个基因是否会使 T 细胞更好地工作,他说。

 

这项研究的目的是首先确定 CRISPR 制造的治疗方法是否安全。它在两名晚期多发性骨髓瘤患者和一名转移性肉瘤患者中进行了测试。这三人的肿瘤都含有 NY-ESO-1,这是 T 细胞疗法的目标。

 

初步研究结果表明该治疗是安全的。研究人员报告说,确实发生了一些副作用,但它们很可能是由在输注 NYCE 细胞之前接受的化疗患者引起的。没有证据表明对 CRISPR 编辑的细胞产生免疫反应。

 

只有大约 10% 的用于治疗的 T 细胞具有所有四种所需的基因编辑。在所有三名患者的修饰细胞中都发现了脱靶编辑。然而,Stadtmauer 博士指出,进行脱靶编辑的细胞中没有一个以表明它们已经变成癌症的方式生长。

 

这种治疗对患者的癌症影响很小。两名患者(一名患有多发性骨髓瘤,一名患有肉瘤)的肿瘤暂时停止生长,但随后又恢复生长。治疗对第三个病人根本不起作用。

 

令人兴奋的是,这种治疗最初对肉瘤患者有效,因为“实体瘤一直是细胞疗法更难破解的难题,”Stadtmauer 博士说。 “也许 [CRISPR] 技术将增强我们用细胞治疗实体瘤的能力。疗法。”

 

尽管试验表明 CRISPR 编辑的细胞疗法是可能的,但仍需要监测长期效果,Stadtmauer 博士继续说道。 NYCE 牢房“只要我们一直在观察 [研究参与者],它就是安全的。我们的计划是持续监测它们数年,甚至数十年,”他说。

 

更多关于 CRISPR 治疗的研究即将到来 

虽然对 NYCE T 细胞的研究标志着基于 CRISPR 的癌症治疗的首次试验,但可能还会有更多试验。

 

“这个试验确实是一个原理、可行性和安全性的证明,现在打开了 CRISPR 编辑和其他 [基因] 编辑技术的整个世界,有望制造下一代疗法,” Stadtmauer 博士说过。

 

CRISPR 制造的癌症治疗的其他临床研究已经在进行中。一些试验正在测试 CRISPR 设计的CAR T 细胞疗法,这是另一种类型的免疫疗法。例如,一家公司正在B 细胞癌患者和多发性骨髓瘤患者中测试 CRISPR 设计的 CAR T 细胞。

 

关于 CRISPR 可能用于癌症研究和治疗的所有方式,仍然存在很多问题。但有一件事是肯定的:该领域发展速度惊人,该技术的新应用不断涌现。

 

“人们仍在改进 CRISPR 方法,”李博士说。 “这是一个相当活跃的研究和开发领域。我相信 CRISPR 在未来会有更广泛的应用。”

 

相关文章

660*60广告