費(fèi)城兒童醫(yī)院(CHOP)和賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種概念驗證模型，用于提供基因編輯工具來治療血液疾病，允許直接在體內(nèi)修改患病血細(xì)胞。如果轉(zhuǎn)化為臨床，這種方法可以擴(kuò)大血液疾病基因療法的使用范圍并降低成本，目前許多血液疾病需要患者接受化療和干細(xì)胞移植。研究結(jié)果發(fā)表在今天的《科學(xué)》雜志上。
費(fèi)城兒童醫(yī)院Stefano Rivella博士說，“現(xiàn)在，如果想用基因療法治療血液疾病，如鐮狀細(xì)胞病和地中海貧血，患者必須接受化療等調(diào)理治療，為新的、經(jīng)過校正的血細(xì)胞騰出空間，這既昂貴又有風(fēng)險。在我們的論文中，我們已經(jīng)證明，在‘one-and-done’的治療中，有可能直接在體內(nèi)用校正的血細(xì)胞替換患病的血細(xì)胞，從而消除了清髓調(diào)節(jié)治療的需要，并簡化了這些可能改變生活的治療的交付。這是我們在治療遺傳疾病方面邁出的一大步，可以讓最需要基因治療的患者獲得基因治療。”
賓夕法尼亞大學(xué)傳染病研究助理教授、資深作者Hamideh Parhiz博士說:“將mRNA編碼療法靶向遞送到特定組織和細(xì)胞類型，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)納米顆粒封裝mRNA治療/編輯器作為平臺技術(shù)，可用于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。
在這里，我們將靶向平臺與mRNA治療和基于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)和糾正遺傳缺陷的新方法。與目前可用的技術(shù)相比，靶向mRNA編碼的基因組編輯方法可以控制表達(dá)，提高編輯效率，并且可能更安全的體內(nèi)基因組修飾。”
造血干細(xì)胞(hsc)存在于骨髓中，它們一生都在骨髓中分裂，產(chǎn)生血液和免疫系統(tǒng)中的所有細(xì)胞。在患有鐮狀細(xì)胞病和免疫缺陷疾病等非惡性造血疾病的患者中，這些血細(xì)胞不能正常工作，因為它們攜帶基因突變。
對于這些患者，目前有兩種治療方法，都涉及骨髓移植：一種是健康供體造血干細(xì)胞的干細(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)行改造，然后再移植回體內(nèi)（通常稱為體外基因治療）。前一種方法有移植物抗宿主病的風(fēng)險，因為造血干細(xì)胞來自供體，而且這兩種方法都涉及化療或放療的調(diào)理方案，消除患者患病的造血干細(xì)胞，并為它們接受新細(xì)胞做好準(zhǔn)備。這些調(diào)理過程伴隨著顯著的毒副作用，因此有必要研究低毒性方法。
消除上述方法的一種選擇是體內(nèi)基因編輯，將基因編輯工具直接注入患者體內(nèi)，允許造血干細(xì)胞在不需要調(diào)節(jié)方案的情況下進(jìn)行編輯和糾正。
為了驗證這種方法，由CHOP的Laura Breda博士和Michael P. triiebwasser博士(目前在密歇根大學(xué))，賓夕法尼亞大學(xué)的Tyler E. Papp和Drew Weissman博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用液體納米顆粒(LNP)來傳遞mRNA基因編輯工具。LNP在包裝和向細(xì)胞傳遞mRNA方面非常有效，由于LNP-mRNA平臺用于兩種領(lǐng)先的COVID-19疫苗，LNP在2020年得到了廣泛應(yīng)用。Weissman博士是賓夕法尼亞大學(xué)RNA創(chuàng)新研究所所長，mRNA疫苗研究的先驅(qū)。
然而，在COVID-19疫苗的情況下，LNP-mRNA構(gòu)建體并不針對體內(nèi)的特定細(xì)胞或器官。考慮到研究人員想要特異性地靶向造血干細(xì)胞，他們在實驗LNPs的表面裝飾了能夠識別造血干細(xì)胞表面上的受體CD117的抗體。然后，他們采用了三種方法來測試CD117/LNP制劑的功效。
首先，研究人員測試了CD117/LNP封裝的報告基因mRNA，展示成功的體內(nèi)mRNA表達(dá)和基因編輯。
接下來，研究人員調(diào)查了這種方法是否可以用于血液疾病的治療。他們測試了CD117/LNP封裝的mRNA，編碼cas9基因編輯器，靶向?qū)е络牋罴?xì)胞病的突變。這種類型的基因編輯將致病的血紅蛋白突變轉(zhuǎn)化為非致病的變體。研究人員在來自鐮狀細(xì)胞病供體的細(xì)胞上測試了它們的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明CD117/LNP促進(jìn)了體外有效的堿基編輯，導(dǎo)致功能性血紅蛋白相應(yīng)增加高達(dá)91.7%。他們還證明了鐮狀細(xì)胞幾乎完全缺失，這種月牙形的血細(xì)胞導(dǎo)致了這種疾病的癥狀。
最后，研究人員探索了LNPs是否可以用于體內(nèi)調(diào)節(jié)，這將允許骨髓在沒有化療或放療的情況下耗盡。為此，他們使用CD117/LNP封裝PUMA mRNA, PUMA是一種促進(jìn)細(xì)胞死亡的蛋白質(zhì)。在一系列的體外、離體和體內(nèi)實驗中，研究人員表明，體內(nèi)靶向CD117/LNP-PUMA有效地耗盡了HSC，允許成功輸注和吸收新的骨髓細(xì)胞，這一過程被稱為移植，而不需要化療或放療。在動物模型中觀察到的植入率與報道中使用健康供體骨髓細(xì)胞足以治愈嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷(SCID)的植入率一致，表明該技術(shù)可用于嚴(yán)重免疫缺陷。
費(fèi)城兒童醫(yī)院血液學(xué)部門的研究助理教授Breda博士說:“這些發(fā)現(xiàn)可能會潛在地改變基因治療，不僅允許以最小的風(fēng)險在體內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞類型特異性基因修飾，這可能使以前不可能的血液干細(xì)胞生理學(xué)操作成為可能，而且還提供了一個平臺，如果適當(dāng)調(diào)整，可以糾正許多不同的單基因疾病。這種新型的輸送系統(tǒng)可能有助于實現(xiàn)幾十年來基因和生物醫(yī)學(xué)研究的承諾，消除一系列人類疾病。”
本研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院(NIH撥款5T32HL007150和5T32HL007622)、賓夕法尼亞大學(xué)Thomas B. and Jeannette E. Laws McCabe基金和W.W. Smith慈善信托基金的支持。
原文標(biāo)題：
In vivo hematopoietic stem cell modification by mRNA delivery
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/） | 
