上海交大蔡宇伽等人连续发表Nature Biotech.和Nature BME,有望突破基因编辑递送瓶颈!
小奇 2021-01-14
基因编辑瓶颈

基因编辑技术逐渐成熟,但是体内递送问题却限制了其发展。治疗性基因组编辑需要有效且有针对性的递送方法。使用腺相关病毒递送Cas9 mRNA可导致有效的体内治疗效果,但会引起持续的Cas9表达、抗Cas9免疫反应和脱靶编辑。

慢病毒载体已经过工程设计,可以传递瞬时表达的核酸酶,但缺乏其生物医学功效的体内证据。

利用慢病毒载体打通体内基因编辑治疗后一公里

于此,上海交通大学蔡宇伽教授等人于1月4日在Nature Biomedical Engineering上发表了关于利用慢病毒载体共递送Cas9 mRNA和靶向血管内皮生长因子A(Vegfa)的导向RNA,可预防小鼠中与年龄有关的湿性黄斑变性。

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一次视网膜下注射工程化慢病毒可在视网膜色素上皮细胞中剔除44%的Vegfa,并使脉络膜新生血管面积减少63%,而不会引起脱靶编辑或抗Cas9免疫反应。用于瞬时表达核酸酶的工程化慢病毒可能构成视网膜新血管疾病新疗法的基础。

再获进展
而在今日,该研究团队在Nature Biotechnoloy上发表了另一篇利用慢病毒载体来进行基因递送。

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1型单纯疱疹病毒(HSV-1)是导致传染性失明的主要原因。目前对HSV-1的治疗不能从三叉神经节的感染部位或潜在的储存库中消除病毒。于此,上海交通大学蔡宇伽教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭等人直接使用携带mRNA的慢病毒颗粒直接靶向HSV-1基因组,该颗粒同时传递SpCas9 mRNA和靶向病毒基因的导向RNA(称为HSV-1消除慢病毒颗粒,称为HELP)。

治疗效果
研究人员表明,在三种不同的感染模型中,HELP有效地阻止了HSV-1复制和疱疹性基质性角膜炎(HSK)的发生。角膜内注射HELP后,角膜保持健康状态,HELP能够通过从角膜到三叉神经节的逆行运输消除病毒库,而且来自HELP的Cas9表达仅在体内持续3 d。此外,根据全基因组测序所示,HELP可抑制人源角膜中的病毒复制,而不会引起脱靶效应。这些结果支持了HELP治疗难治性HSK的潜在临床效用。

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HELP在体外阻断HSV-1复制

HELP的优势
与腺病毒载体(AAV)相比,HELP能够克服AAV的大小限制,并与SpCas9和gRNA共同包装,从而在体内有效消除HSV基因组,从而使病毒基因组的数量比大范围核酸酶减少1-2 log。重要的是,HELP是基于mRNA的,对于Cas9没有启动子。相反,AAV构建体可能会在不分裂的神经元中持续很长时间,并且需要强大的启动子才能有效表达核酸酶。因此,从临床角度来看,它们伴随着长期安全风险。

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图|HELP可在治疗和复发模型中治愈HSK

未来临床应用
从临床角度来看,HELP可能首先应用于因病毒复发和角膜移植术而导致的急性角膜穿孔或角膜移植失败的患者。鉴于这种治疗在最严重的HSK病例中显示出的安全性和有效性,HELP还可以扩展为早期HSK,作为通过消除角膜和TG中的病毒来治愈或预防HSK复发的一线选择。

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图|HELP消除人角膜组织培养中的HSV-1

总之,该研究显示了HELP的功效和安全性特征有力地支持了CRISPR对这些靶向HSV-1的慢病毒颗粒的进一步临床测试。另外,由于HELP的gRNA靶向病毒的基因组而不是人类基因组,因此可以加速临床转化。该研究还可能促进针对其他病毒(例如人乳头瘤病毒(HPV)或遗传性疾病)的CRISPR治疗药物的开发。

另外,宇伽教授为上海本导基因公司的联合创始人,目前该公司的研发管线利用两种技术平台进行开发基因编辑、基因疫苗等药物。从图中可见,BD111和BD121为最新两篇研究论文所对应的药物。

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参考文献:
1. Ling, S., Yang, S., Hu, X. et al. Lentiviral delivery of co-packaged Cas9 mRNA and a Vegfa-targeting guide RNA prevents wet age-related macular degeneration in mice. Nat Biomed Eng (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-020-00656-y
2. Yin, D., Ling, S., Wang, D. et al. Targeting herpes simplex virus with CRISPR–Cas9 cures herpetic stromal keratitis in mice. Nat Biotechnol (2021). https://doi.org/10.1038/s41587-020-00781-8
3. 本导基因:http://www.bdgenetherapeutics.com/index.html

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