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《Nature Biotechnology》CRISPR疗法可能损害基因组的新证据

研究人员解释说,CRISPR是一项用于编辑DNA的突破性技术——在特定位置切割DNA序列,以删除不需要的片段,或交替修复或插入有益的片段。这项技术在大约10年前开发出来,已经被证明在治疗一系列疾病方面非常有效——癌症、肝病、遗传综合征等等。首次批准使用CRISPR的临床试验于2020年在宾夕法尼亚大学进行,当时研究人员将该方法应用于T细胞(免疫系统的白细胞)。他们从供体中提取T细胞,表达了一种针对癌细胞的工程受体,同时使用CRISPR破坏原始受体的编码基因——否则可能会导致T细胞攻击受体体内的细胞。

在目前的研究中,研究人员试图检查CRISPR疗法的潜在好处是否可能被裂解本身产生的风险所抵消,假设断裂的DNA并不总是能够恢复。

为了检测潜在损伤的程度,研究人员重复了2020年宾夕法尼亚州的实验,在完全相同的位置切割T细胞的基因组——染色体2、7和14(人类基因组的23对染色体)。他们使用一种名为单细胞RNA测序的最先进的技术,分别分析每个细胞,并测量每个细胞中每条染色体的表达水平。

通过这种方法,在一些细胞中检测到显著的遗传物质损失。例如,当14号染色体被切割后,大约5%的细胞显示出很少或没有该染色体的表达。当所有的染色体同时分裂时,损伤增加,在14号染色体、7号染色体和2号染色体上,分别有9%、10%和3%的细胞无法修复断裂。然而,这三条染色体在受损程度上确实有所不同。

基于他们的发现,研究人员警告说,在使用CRISPR疗法时应该格外小心。他们还提出了替代的、风险较小的方法,用于特定的医疗程序,并建议进一步研究两种可能的解决方案:减少受损细胞的产生,或识别受损细胞,并在给病人使用材料之前将其移除。

这项研究由TAU生命科学Wise学院的神经生物学、生物化学和生物物理学院和Dotan高级疗法中心(特拉维夫Sourasky医学中心(Ichilov)和特拉维夫大学合作)的Adi Barzel博士领导,由TAU医学院和Edmond J. Safra生物信息学中心的Asaf Madi博士和Uri Ben-David博士领导。该研究结果发表在领先的科学杂志《Nature Biotechnology》上。

Ben-David博士和他的研究助理伊莱·鲁文尼(Eli Reuveni)解释说:“我们细胞中的基因组经常由于自然原因而损坏,但通常它能够自我修复,不会造成伤害。然而,有时某条染色体无法恢复原状,大的部分,甚至整个染色体就会丢失。这种染色体的破坏会破坏基因组的稳定,我们经常在癌细胞中看到这种情况。因此,有意将DNA切割作为癌症治疗手段的CRISPR疗法,在极端情况下可能会促进恶性肿瘤。”

Madi博士和他的学生Ella Goldschmidt解释说:“单细胞RNA测序和计算分析使我们能够获得非常精确的结果。我们发现,造成损伤差异的原因是三条染色体上每条染色体断裂的确切位置。总之,我们的发现表明,超过9%的用CRISPR技术编辑的t细胞已经失去了大量的遗传物质。这种损失会导致基因组的不稳定,这可能会导致癌症。”

Barzel博士和他的博士生Alessio Nahmad总结道:“我们在这项研究中的目的是阐明使用CRISPR疗法的潜在风险。我们这样做,即使我们知道该技术的实质性优势。事实上,在其他研究中,我们已经开发了基于CRISPR的治疗方法,包括一种很有希望的艾滋病治疗方法。我们甚至建立了两家公司——一家使用CRISPR,另一家故意避免使用这种技术。换句话说,我们在推进这项高效技术的同时,也对其潜在的危险提出了警告。这似乎有点矛盾,但作为科学家,我们对我们的方法感到非常自豪,因为我们相信这是科学的本质:我们不选择立场。我们研究问题的所有方面,包括积极的和消极的,然后寻找答案。”

Alessio David Nahmad, Eli Reuveni, Ella Goldschmidt, Tamar Tenne, Meytal Liberman, Miriam Horovitz-Fried, Rami Khosravi, Hila Kobo, Eyal Reinstein, Asaf Madi, Uri Ben-David, Adi Barzel. Frequent aneuploidy in primary human T cells after CRISPR–Cas9 cleavage. Nature Biotechnology, 2022


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