首次成功於哺乳類生物上應用的基因編輯技術,有望用於治療人類疾病

作者 | 發布日期 2016 年 02 月 06 日 0:04 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly
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醫療科技再突破!科學家成功使用 CRISPR 基因編輯技術治療成年哺乳類動物遺傳性肌肉失調,此一結果使得這項技術可能在不久之後就能運用在人身上,做為新的治療方法。



杜興氏肌肉營養不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)是一種性聯隱性遺傳性肌肉萎縮症,大約 5,000 個男嬰之中就有 1 人患有這項疾病。由於造成此疾病的基因缺陷位於 X 染色體上,而女性擁有兩條 X 染色體,只要有一條 X 染色體是正常的,就算另一條 X 染色體帶有缺陷也不會發病,所以 DMD 患者大多為男性。DMD 患者大多於 3 到 5 歲之間發病,發病之後病情的進行十分迅速,大多數的男性患者在 12 歲左右時便無法行走,到最後甚至需要仰賴裝置才能呼吸,他們的壽命也比正常個體短,大約只有 20 至 30 年的生命。

造成 DMD 的原因,是因為患者的肌肉細胞無法產生 dystrophin 這種蛋白質。缺乏 dystrophin 的肌肉細胞無法擁有正常細胞的力量以及堅韌,容易受損死亡。產生 dystrophin 的基因是由大約 80 個能夠表達出蛋白質的外顯子基因片段所組成,其中只要有任何一個外顯子基因帶有嚴重的變異,就無法產生正常的 dystrophin 蛋白質,使得肌肉細胞退化受損。

長久以來,科學家們始終找不到方法有效的治療杜興氏肌肉營養不良症,而今,來自美國杜克大學的研究者,由遺傳學家 Chris Nelson 所帶領的研究團隊運用了 CRISPR/cas9 的技術來移除有問題的 DNA,使細胞能夠正常製造 dystrophin。此項試驗已經成功運用在活的成年老鼠中,並且發表於最新一期的 Science 期刊。

 

肌肉細胞能回復部分功能

CRISPR 是一項才剛出現 3 年左右的新技術,可以以高精準度及自由度修改基因,他的原理是利用被稱為 CRISPRs 的合成 DNA,掃描整個基因組之後找到對的位置,再以蛋白質 cas9 像剪刀一樣切除該基因。此項研究所使用的 CRISPR/cas9 系統是來自特殊改良的無致病性病毒,這些病毒所帶有的 CRISPR/cas9可以有效地將 DNA 像編輯文字一樣複製貼上,利用這項特性,便能將原來有缺陷的基因修復完全之後送入,來做為新的療法。

為了要使基因替換順利進行,研究團隊使用了沒有致病性的病毒,Nelson 表示:「基因的編輯修改最大的挑戰,是在於如何將修改所需的工具傳送到正確的位置,我們現在所知道最好的方法,便是借用病毒的特性為我們做到這件事,因為病毒已經過數十億年演化出可以將病毒自身的基因送至宿主細胞內的機制。」

在這項研究中,科學家使用經過基因改造的老鼠做為研究模型,這些老鼠表達 dystrophin 的基因其中一個外顯子已經突變,也就是說,他們已經無法正常產生 dystrophin。研究團隊應用 CRISPR/cas9 系統成功將這些突變的外顯子去除,由體內天生的修復系統將其他正常的基因重新黏合在一起,經過這些步驟後,這些老鼠體內就有了比正常來的短的基因,雖然少了原先帶有突變的一部分,但是仍有功能。

此研究將這些帶有 CRISPR/cas9 系統的病毒注射進老鼠的血管之中,使進行基因編輯的 CRISPR/cas9 可以到達所有肌肉細胞。而結果顯示,老鼠全身的肌肉細胞都有一定程度的功能回復,就連心臟的肌肉細胞也不例外。這個結果令人相當振奮,因為目前 DMD 的病患死因大多數就是因為心臟衰竭。

 

基因修改可以用於生命過程

雖然這項技術在研究上展現出極好的效用以及精確性,然而,經過這樣治療的老鼠,肌肉功能還沒辦法完全回復到正常老鼠的程度,也就是說,這項技術目前只能讓 DMD 病情改善,無法真正治癒。因此,研究團隊認為這項技術還有很大的進步空間,在未來,高達 80% 的 DMD 患者可望因移除受損的外顯子基因而使病情得到改善。

杜克大學參與此項研究的 Charles A. Gersbach 認為,真正將這項技術安全的應用在治療人類疾病之前,他們還有許多挑戰以及工作必須完成。儘管如此,研究的第一步目前已經取得令人振奮的研究結果,接下來,還必須要提升改善運輸基因的系統,提升效率以及安全性,應用於較大型的動物試驗,最後才能運用於臨床試驗。

除了杜克大學的研究團隊之外,還有另外兩個研究團隊也各自在他們的研究中取得了類似的成果,分別是德克薩斯大學達拉斯西南醫學中心的 Eric Olson 以及哈佛大學的 Amy Wager。

和先前改造胚胎基因不同,胚胎的基因是從一開始就存在該生物的基因之中,這次的技術是應用在活的成體動物,也就代表了基因修改可以用於生命過程之中,改變發生在過程之中而非一開始,而且不會遺傳給下一代。

Gersbach 表示:「運用 CRISPR 技術來修正人類胚胎的基因變異近來在社會上掀起很大的討論,也有許多倫理上的爭議以及顧慮,但是運用 CRISPR 來修正基因造成的疾病以及影響,卻不在爭議範圍之內。這項研究顯示了未來醫療科技可能的發展,但仍需要集結相當多的努力才能完成。」

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