(圖:Youtube)

卡耐基梅隆大學(Carnegie Mellon University)和耶魯大學(Yale University)的科學家成功研發新一代基因編輯技術,能僅僅通過靜脈注射,治癒小鼠的遺傳性血液疾病。

與最近流行的 CRISPR 基因編輯技術不同,該新技術可以用在活體動物中,能顯著降低脫靶效應(即非預期的基因突變)。這研究結果上月發表在《自然·通訊》(Nature Communications)期刊上,通過修正造血幹細胞中的致病基因,為地中海貧血和鐮刀型貧血等血液遺傳病提供全新療法。

技術突破

該技術以嶄新合成技術製造出肽核酸(PNA)分子。卡耐基梅隆化學系教授及 PNA 化學專家丹尼斯·李(Danith Ly)說:「我們利用被 FDA 批准的奈米顆粒輸送 PNA 分子和 DNA 供體,成功在小鼠中修復致病基因。而 CRISPR 基因編輯方法目前還無法達到這個效果。」

CRISPR 等基因編輯技術利用酶在目標位置切開 DNA ,然後編輯目標基因。但該技術存在兩方面的問題:第一,酶因為體積較大,所以難以直接在活體動物中注射,導致科學家必須從動物中取出細胞,在實驗室內編輯細胞的特定基因,然後再把它們放回動物體內;第二,酶切割 DNA 的準確度並不高,有可能在非目標位置切開 DNA 。

而卡耐基梅隆和耶魯的新技術則避免了這兩個問題。該技術使用生物兼容性奈米顆粒包裹 PNA—— 一種骨架類似蛋白質的奈米合成分子,由類似 DNA 及 RNA 中的鹼組成。PNA 可以打開雙鏈 DNA,在目標位置附近特異性結合,而不是剪切。另外, PNA 由於體積微細,更可以輕易放進奈米顆粒運送系統,利用這種已獲美國 FDA 批准的科技到達患處。

基因修改技術依靠的 PNA 份子 (圖:Carnegie Mellon University)
基因修改技術依靠的 PNA 份子 (圖:Carnegie Mellon University)

治癒貧血病

在最新的研究中,李教授及其研究生拉曼·巴哈(Raman Bahal)針對地中海貧血的致病基因設計了一種 PNA,加上正常血紅素基因的 DNA 供體單鏈以及幹細胞因子,透過奈米顆粒運送到小鼠體內。當 PNA 結合到 DNA 目標位置時,形成 PNA-DNA-PNA 結構,留下另一條 DNA 單鏈,這樣的結構令 DNA 供體能夠結合到致病的 DNA 位置,啟動細胞自身的 DNA 修復系統,修正致病基因。

科學家解釋,該研究在兩方面改進了基因編輯技術:第一是李教授運用的新一代 PNA —— gamma PNA,在側鏈加上聚乙二醇,令 PNA 可溶於水,具有生物兼容性,也就是說不會結合蛋白或其他生物分子。另一方面是發現加入幹細胞因子提高基因編輯效率。

李教授感謝 DSF 慈善基金會的慷慨資助,「令他能自由地發明創造,追求深遠的科學問題,比如開發分子療法,期待某一天能治癒遺傳病。」

 

參考資料:

  1. Raman Bahal et al., In vivo correction of anaemia in β-thalassemic mice by γPNA-mediated gene editing with nanoparticle delivery, Nature Communications, 2016
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