基因醫學突破性成果,全球首創 CRISPR-AI 雙向基因調控系統

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 09 日 16:50 | 分類 生物科技 , 科技政策 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


軟骨再生、組織修復即將實現於現代醫學治療中!清大、中國醫藥大學、長庚等三校跨校研究團隊開發出新型雙向基因調控系統 CRISPR-AI ,可雙向調控基因表現,同時活化或抑制基因,克服過往只能單向調控,進而促使骨組織再生,將對再生醫學、免疫療法都帶來革命性的突破。

此團隊由清華大學化工系胡育誠講座教授、中國醫藥大學林進裕助理教授,及長庚醫院骨科張毓翰醫師組成。目前全世界尚未有同時活化及抑制多種基因以促進組織再生的案例,而胡育誠與其團隊開發 CRISPR-AI,能精準雙向調控基因表現,成為全球首例。

過去在調控基因時只能往單方向進行操控,但幹細胞內的基因表現不受控,因此無法分化成適當的細胞,例如調控基因往硬骨方向分化,卻同時增加脂肪分化,造成修復效果不佳。而如何精準調控基因表現,讓活化與抑制可同時發生,便成了促進組織再生及調節身體機能的重要關鍵。

CRISPR-AI 中的 AI,A 代表活化 Activation,I 則是抑制 Inhibition。為了讓基因同時表現出這兩種路徑,研究團隊以 CRISPR/Cas9 基因編輯技術為基礎,使用突變後的蛋白,並設計兩種不同的 RNA 骨架。其中第一種 RNA 骨架與突變蛋白可與促進基因表現的轉錄因子結合,並標定幹細胞中促進軟骨細胞分化的基因,而第二種則能夠與轉錄抑制因子(用於抑制基因表現)結合,能標定促進脂肪分化的基因。

實驗結果指出,與原來幹細胞相比,CRISPR-AI 的技術在活化上的表現增加 17 倍,同時抑制表現達 70%,能促進幹細胞往軟骨分化,並且抑制細胞往脂肪分化,因此大幅提升幹細胞分化成軟骨細胞的效率。

研究團隊也將此細胞送入頭蓋骨組織缺陷,可以先形成軟骨再分化成硬骨,大幅提升頭蓋骨的修復效率。此研究已於 2019 年發表在頂尖國際期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research)。

胡育誠指出,除了可以增加頭蓋骨的修復效率,未來也可以透過細胞培養,與生物性 3D 列印結合,生成軟骨關節等組織,這些人體組織自我修復能力不佳,若是膝關節軟骨受損,便會進一步造成退化性關節炎及病人疼痛。間葉幹細胞可分化成軟骨、硬骨或脂肪等不同細胞,是用於細胞治療,修復組織的重要細胞來源。

此外 CRISPR-AI 雙向基因調控系統可以同時精準調控多種基因的表現,導引幹細胞分化成特定細胞,未來也可以用於幹細胞研究,並且用於修復關節軟骨,治療退化性關節炎,或修復其他組織。

目前癌症治療的新趨勢為應用免疫細胞進行免疫療法,CRISPR-AI 系統也具潛力用於改造免疫細胞,增加免疫細胞毒殺癌細胞能力。胡育誠教授正執行科技部台俄合作計畫與俄羅斯團隊進行後續研究。