干细胞先驱最新成果：CRISPR与重编程的完美结合

Morgridge研究所和Murdoch儿童研究所（MCRI）的研究人员，将重编程与CRISPR基因组编辑结合到一个步骤中，在短短两周内就从患者皮肤细胞获得了基因修复的干细胞。

　　

生物通报道：CRISPR基因编辑和iPS重编程是近年来的两大热点技术。CRISPR/​Cas9已经在多个领域中展现了自己强大的特异性基因靶标能力。而iPS重编程在构建疾病模型和新药开发中有着很高的应用价值。将CRISPR应用到iPS细胞中去，可以实现个性化的干细胞治疗，造福多种遗传学疾病的患者。

Morgridge研究所和Murdoch儿童研究所（MCRI）的研究人员，将重编程与CRISPR基因组编辑结合到一个步骤中，显著缩短了生成基因校正干细胞的时间，是实现个性化细胞疗法的重要一步。

干细胞能够分化成为机体内任何类型的细胞，既是研究人体早期发育的理想工具，也是细胞治疗的宝贵资源。胚胎干细胞很适合临床使用，但获得这些细胞会破坏胚胎，有很大的伦理争议。2006年日本科学家山中伸弥开发了一个变通方案，将四个基因引入特化的成体细胞（比如患者的皮肤细胞），将其重编程为诱导多能干细胞（iPS细胞）。这些细胞在实验室中表现出与胚胎干细胞相似的能力，又避开了胚胎干细胞的伦理问题，在疾病模拟、药物筛选和细胞治疗中有着巨大的应用前景，被人们视为细胞疗法的新希望。

细菌一直在与病毒或入侵核酸进行斗争，为此它们演化出了多种防御机制，CRISPR/Cas适应性免疫系统就是其中之一。规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas9的组合，可以在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。 2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。

几乎所有实验室都可以很方便的进行CRISPR基因组编辑，你只需要在自己感兴趣的细胞或生物中表达Cas9内切酶和引导RNA（gRNA）。内切酶Cas9会在gRNA的指导下引入位点特异性的双链断裂，然后细胞通过同源重组进行修复，最终改写基因组的特定位点。（延伸阅读：遗传学大牛最新文章：CRISPR编辑iPS细胞的脱靶情况）

获得基因修饰的诱导多能干细胞（iPSC）通常包括许多步骤，比如长时间的细胞培养、药物筛选和数次克隆，差不多要花三个多月。现在，Sara Howden博士及其同事在短短两周内就从患者皮肤细胞获得了基因修复的干细胞。这一成果发表在十一月十二日的Stem Cell Reports杂志上。

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治疗性细胞的制备主要包括两个基本步骤：第一，将成体细胞重编程为多能干细胞，以便分化为治疗所需的细胞类型；第二，通过基因编辑技术校正细胞内的致病突变。研究人员成功把这两个步骤结合在一起，通过电穿孔向患者特异性成纤维细胞同时引入加型重编程载体和CRISPR/​Cas9系统。他们将这一技术用于两个独立的成纤维细胞系（分别来自患有视网膜色素变性的成人和患有严重联合免疫缺陷病的婴儿），靶标效率达到了全部iPS 细胞的8%。

“我们这个方法可以为患者及时提供经过基因校正的细胞，有助于推动细胞治疗的实际应用，”Howden说。

“用患者特异性的iPS细胞进行治疗，在时间上往往很难实现，”文章的资深作者，干细胞先驱James Thomson说。“再加上校正基因缺陷，简直就是不可能完成的任务。我们需要培养细胞、分析细胞、校正细胞并诱导其分化，这一过程很漫长。”

“Dr. Howden将重编程与CRISPR基因校正结合为一步，大大减少了所需的时间，”Thomson补充道。研究人员指出，这种方法显著缩短了细胞培养阶段，可以降低与体外培养有关的风险，比如基因组不稳定或者表观遗传学改变。

激酶JAK3发生突变会导致严重联合免疫缺陷病（SCID）。对于患有SCID的孩子来说，一次轻微的病毒感染都可能致命，因为他们的免疫系统并不完整。SCID患者的血液循环中缺乏T细胞和自然杀伤细胞（NK细胞），B细胞数量正常但机能低下（T–B+NK–）。这些患者往往需要紧急的医疗干预，这项研究提供的快速方法在这种情况下非常有优势。

这项研究向人们展示了同时进行重编程和基因校正的快速策略。这一过程只需要一次克隆，不用进行药物筛选，实现“无缝”的单碱基对改变。下一步，研究人员打算将自己的方法用于血液样本，以便进一步加快整个进程。因为皮肤细胞在开始重编程以前还需要扩增几个星期。

 

生物通编辑：叶予

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