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千人教授程临钊:用CRISPR技术实现iPS细胞治疗

来自约翰霍普金斯大学的研究人员利用一种称作为CRISPR的强大的基因组编辑技术,成功地纠正了来自镰状细胞病患者的干细胞中的一种遗传错误,随后利用这些细胞生成了成熟的红细胞。

对于某些镰状细胞病的患者而言当前没有很好的治疗方法可供选择,他们需要接受频繁的输血。这项研究代表人们朝着更有效地治疗这些患者迈出了重要的一步。研究结果发表在最新一期的《干细胞》(Stem Cells)杂志上。

领导这一研究的是霍普金斯大学血液学教授、细胞工程学研究所成员程临钊(Linzhao Cheng)博士。他于2012年入选第七批国家千人计划。主要研究干细胞生物学、人类胚胎干细胞和其它多能干细胞,、人类iPS细胞与重编程、造血干细胞与造血作用、人类细胞基因打靶、慢病毒载体与逆转录病毒载体,基因表达,调控与监测、细胞治疗与移植, 基因治疗等。

在镰状细胞病中,一种遗传变异导致了患者的血细胞不再呈现为典型的圆形,而变为新月(或镰刀)形。这些新月形的细胞具有粘性,可通过血管阻塞血流,往往会造成严重的身体疼痛和虚弱乏力。移植造血骨髓有潜力治愈这一疾病。但对于一些无法耐受移植手术或移植失败的患者而言,最好的治疗选择就是定期接受来自血型匹配健康供体的输血。

程临钊说,问题在于随着时间的推移,患者的身体往往会开始启动一种免疫反应对抗外源血液。他们的身体会迅速地杀死这些血细胞,因此他们不得不越来越频繁地接受输血。

程临钊和同事们认为,一种解决方案就是在实验室中培养出与每个患者自身遗传物质相匹配,因此能够逃避免疫系统的血细胞。他的研究小组已经设计出了一种方法利用干细胞来生成人类血细胞。然而对于镰状细胞病患者而言有一个问题,就是实验室培养的带有他们遗传物质的干细胞同样具有这种镰状细胞缺陷。为了解决这一问题,研究人员一开始从患者处取得血细胞,将它们编程为了诱导多能干细胞(iPS细胞)

CRISPR源于包含着称作为成簇的规律间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)dna片段的微生物免疫系统。这一工程编辑系统利用了一种DNA剪切酶和一段短RNA片段,后者可将这一工具引导到研究人员希望在基因组中引入切口或其他改变的位置。以往的研究表明,相比于其他的基因组编辑技术例如转录激活样效应因子核酸酶(transcription activator-like effector nuclease, TALEN)CRISPR能够通过这些干预更有效地引起基因组改变或突变。

随后研究人员利用这种强大的CRISPR技术剪掉了镰状细胞遗传变异,用健康的基因版本替代了它。最后一步就是诱导这些干细胞生成成熟的血细胞。研究人员发现,这些基因编辑干细胞能够和未接受CRISPR处理的干细胞一样有效地生成血细胞。

程临钊指出,为了实现医学应用必须要提高干细胞生成血细胞技术的效率,并显著地扩大规模。并且还需要测试这些实验室培养干细胞的安全性。但这项研究表明了,有可能在并不遥远的将来就可以向镰状细胞病患者提供一种令人兴奋的新的治疗方案。

程临钊说,这一生成定制血细胞的方法也适应于其他的血液疾病,并且它的潜力还不止于此。一种可能是编辑健康人的血细胞来对抗疟疾和其他传染原,程临钊的研究小组希望能够很快开展这方面的研究。