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科学家们使用CRISPR基因编辑工具来设计多种编辑工具

导读根据今天发表的一项新研究,克里斯蒂安娜护理健康系统的基因编辑研究所和以色列生物技术公司NovellusDx的科学家已经部署了一个突破性的CRIS

根据今天发表的一项新研究,克里斯蒂安娜护理健康系统的基因编辑研究所和以色列生物技术公司NovellusDx的科学家已经部署了一个突破性的CRISPR基因编辑工具,可以成功地对从人类细胞中提取的DNA片段进行多次编辑。CRISPR期刊。该工具可以在人类DNA样本中快速复制个体患者癌症肿瘤的独特和复杂的遗传特征。

该研究结果是基因编辑研究所与NovellusDx合作的结果,该研究由美国 - 以色列双边工业研究与发展(BIRD)基金会支持,旨在开发个性化癌症治疗的新方法。NovellusDx计划将这些CRISPR编辑的DNA样本整合到其专有的癌症诊断技术中,作为旨在改善治疗决策的诊断测试的一部分。该公司认为,经过编辑以呈现患者癌症肿瘤的精确基因组成的DNA样本可用于快速筛查多种癌症药物 - 并确定可能为患者产生最佳结果的治疗过程。

“我们相信,我们基于体外CRISPR的平行诱变技术所取得的突破可以显着提高我们识别驱动突变的能力,并提供洞察力,使医生能够快速为患者选择一种非常精确的治疗方案,”Shaul Barth说。获得NovellusDx高级科学家博士学位。“这可能是CRISPR革命的第一次浪潮如何通过提供更好的诊断测试,从而产生更明智和有效的治疗决策,从而为患者提供治疗。”

来自基因编辑研究所和NovellusDx的最新进展巩固了其开创性工作的开创性工作,该方法开创了从人类细胞中提取DNA的新方法,去年在The CRISPR Journal上发表的另一项研究中首次描述了该方法。

“我们的第一项研究提出了同时完成多项编辑的潜力,”基因编辑研究所所长,该研究的主要作者Eric Kmiec博士说。“在这项研究中,我们实际上做到了;我们发现可以从一个细胞中提取DNA,并在一个过程中对多个基因进行突变,只需要一天即可完成。使用这个工具,我们可以使用DNA样本作为排序在一个空白的画布上,我们可以在24小时内重现个体患者的特定肿瘤突变。然后NovellusDx可以将这个DNA样本整合到其诊断平台中,这可能是个性化癌症治疗的重大进步。

NovellusDx技术使用计算机算法和活细胞来探测患者癌症肿瘤中的基因突变,以识别所谓的“驱动突变”,这是与癌症进展密切相关的突变。这些突变在患者与患者之间可能有很大差异,甚至患有相同类型癌症的患者也是如此。该技术还可以筛选一系列抗癌药物,以确定哪些治疗方法可能最有效地关闭特定的驱动突变。但是,为了使技术得到最佳利用,医生需要迅速获得见解,因为如果没有正确的治疗,癌症患者会迅速恶化。

Kmiec博士说,目前体外最常用的分子试剂一次只能进行一次编辑,“这意味着它们需要多次通过 - 而且需要更多时间才能达到相同的结果。” 他说这些工具不够快,无法满足癌症患者的需求。

“我们正在利用医学领域最先进的工具,使癌症治疗方便,对于今天需要它的患者更有效,”Janti E. Nevin,医学博士,公共卫生硕士,Christiana Care总裁兼首席执行官说。“作为唯一一个嵌入癌症中心的研究所,科学家们可以理解并了解癌症患者和照顾他们的临床医生的需求,我们的基因编辑学院体现了我们对卓越和爱的价值观。这一突破 - 与我们的伙伴关系与NovellusDX一起,有可能为我们服务的人们的生活带来真正的改变。“

为基因编辑铺平道路以纠正多个缺陷或替换整个基因

CRISPR代表“聚集有规律的间隙短回文重复”。它是一种在细菌中发现的防御机制,可以让细菌识别和切割入侵病毒的DNA。科学家已经学会了如何操纵这种机制,使其基本上可以编程,以找到和删除特定的DNA代码序列 - 其作用类似于控制基因的软件 - 并用不同的序列取代它。这种能力引发了前所未有的兴趣,即开发不同的CRISPR工具,通过修复受损基因,修改或完全删除它,可以为多种疾病提供突破性治疗。

由Gene Editing Institute和NovellusDx开发的CRISPR工具不用于直接编辑或改变患者的基因组。然而,通过确认在一个过程中完成多个基因编辑的能力,研究人员相信,从长远来看,他们的工作可以推进使用CRISPR来治疗患有遗传性复杂疾病(如2型糖尿病)的患者,因为它可以被指导一次找到并纠正多个遗传缺陷。

Kmiec博士表示,新工具与目前广泛使用的许多其他CRISPR工具不同,因为它依赖于一种名为Cas12a的蛋白质来实际切割或编辑DNA。他说他的团队已经发现,在完成一系列复杂编辑时,Cas12a蛋白可能比目前在CRISPR世界中更常见的Cas9蛋白更可靠。

与此同时,主要作者,博士生Brett Sansbury表示,该团队还对以下事实感到兴奋:为了同时执行多个编辑,他们的CRISPR工具必须成功移除和替换长段DNA。“有一天,这种能力可以让CRISPR的治疗应用超越仅仅修复受损基因,去除和替换它们。”

降低“编辑狂野”的风险

Sansbury及其同事还报告说,他们在所有工具应用中实现的精确性和准确性 - 使用它同时执行多次编辑以及移除和替换长段DNA - 表明它可能不太容易造成不必要的或“关闭”目标“基因编辑比其他CRISPR工具。

CRISPR对基因组进行无意识编辑的可能性 - 被称为“异地诱变”(其他人称之为“编辑狂野”) - 被斯坦福大学的科学家们视为潜在风险。他们正在小鼠中使用CRISPR进行研究并声称他们发现了可能导致癌症的随机,意外的基因编辑。英国惠康桑格研究所的科学家对这些发现提出质疑。其他CRISPR专家表示虽然脱靶编辑可能是一个问题,但是有很多方法可以提高CRISPR在患者广泛应用之前的准确性,因此风险不会超过现有治疗的风险。

根据Gene Editing Institute和NovellusDx的新研究,这种新的CRISPR工具可以成为解决方案的一部分。作者报告说,在执行基因编辑后,他们对靶基因周围的大面积DNA进行了测序,没有发现任何意外的编辑。他们注意到他们的结果表明他们的基因编辑系统“可用于产生多个位点特异性突变......而不会产生可检测的异位突变。”

这种新工具的潜力及其对治疗癌症和其他疾病的意义令人兴奋。

“这是一个戏剧性的发现,我们期待与NovellusDX合作,利用这一新工具来对抗癌症,”美国银行FACS医学博士Nicholas Petrelli表示,Helen F. Graham癌症中心的医学主任克里斯蒂安娜护理研究所。“通过允许医生为更广泛的癌症患者提供突破性的个性化医疗,我们认为这种合作关系有可能重新定义和改变癌症治疗。”

2016年,基因编辑研究所和NovellusDx从BIRD基金会获得了900,000美元的资助,用于推动临床应用的基因组癌症研究。该补助金是开展这项新的突破性诊断测试不可或缺的一部分。

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