囊性纤维化是一种普遍的遗传性疾病，导致肺部和其他身体部位厚粘液的积聚，从而造成呼吸困难和感染。研究人员开发了一种突破性的基因编辑技术，有效纠正导致囊性纤维化的最常见突变，影响到85%的患者。这一创新为未来可能一次性施用的治疗方法提供了希望，并导致较少的副作用。这种新方法准确且持久地修复人类肺细胞中的突变，恢复细胞功能，类似于Trikafta的效果。
麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所以及爱荷华大学的研究人员设计了一种针对导致囊性纤维化的主要突变的基因编辑策略，影响到85%的患者。这一突破可能会彻底改变治疗开发的方法，提供减少副作用的单次施用选项。
这项新方法在《自然生物医学工程》最近一期中发表，提供了对人类肺细胞中突变的精确和持久的修正，恢复了类似Trikafta的功能。该技术基于原位编辑，能够在基因组中进行多种改变，例如插入、删除和替代，且具有最小的不良后果。原位编辑于2019年由大卫·刘实验室提出，他是布罗德研究所转化医学技术研究所的理查德·默金教授和所长，同时也是哈佛大学的教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员。
“原位编辑有潜力纠正囊性纤维化的主要原因，并可能为这一严重疾病提供永久解决方案，这非常有前景，”项目的高级研究员刘指出。“设计一种高效的方法来修正这一困难突变，不仅为治疗囊性纤维化奠定了基础，也为精确修正其他导致衰弱疾病的突变铺平了道路。”
这项研究的主要作者是博士后研究员亚历克斯·索萨和研究生科林·赫梅兹，他们均隶属于刘的实验室。
基因恢复
囊性纤维化源于CFTR基因的突变，破坏了负责将氯离子通过细胞膜转运出细胞的离子通道。已识别出2000多种CFTR基因变异，其中700种导致疾病。最常见的突变涉及三碱基对CTT缺失，导致离子通道蛋白的错误折叠和降解。
解决CFTR中的CTT缺失一直是包括刘在内的多个研究小组追求的基因编辑治疗的长期目标。之前的尝试，通常涉及使用CRISPR/Cas9核酸酶编辑诱导双链DNA断裂，由于效率不足或存在生成目标基因和基因组其他地方的不希望的改变的风险而未能成功。
原位编辑作为一种更灵活和受控的基因操作形式，消除了对双链断裂的需求，提供了一个有希望的解决方案。为了增强修正CFTR突变的有效性，刘的团队对该技术进行了六项改进。这些改进包括优化引导RNA，以指导原位编辑蛋白找到并执行必要的修正，以及修改原位编辑蛋白本身和其他调整以增强靶位点的可接近性。这些改进成功修复了大约60%的人类肺细胞中的CTT缺失，以及约25%直接从患者肺部获取并培养的细胞，超过了以前方法在细胞中修正不足1%的突变。此外，这种新方法导致每次修正的意外插入和删除比以往使用Cas9核酸酶方法减少了3.5倍。
未来的研究将集中在开发将原位编辑系统包装并递送到小鼠和最终人类气道的方法上。最近的进展，如可以到达小鼠肺部的脂质纳米颗粒，为加速这一创新方法的转化提供了希望。
