《Cell》基因編輯再掀革命?! 劉如謙開發更安全「類病毒載體」

2022/01/13
《Cell》基因編輯再掀革命?! 劉如謙開發更安全「類病毒載體」
美國時間11日,麻省理工學院(MIT)臺裔科學家劉如謙(David Liu)領導的團隊,在頂尖學術期刊《Cell》,發表其開發的「工程化無DNA類病毒顆粒」(engineered DNA-free v

美國時間11日,麻省理工學院(MIT)臺裔科學家劉如謙(David Liu)領導的團隊,在頂尖學術期刊《Cell》,發表其開發的「工程化無DNA類病毒顆粒」(engineered DNA-free virus-like particles, eVLP),能夠將鹼基編輯或Cas9核糖核蛋白輸送到生物體內,目前已在小鼠疾病模型中,分別驗證了其在修復遺傳性失明、以及降低PCSK9濃度的功能,且脫靶效應極低、安全性很高,有望克服現有基因編輯載體面臨的挑戰。
 
目前基因編輯系統在臨床運用上使用的運輸載體,主要有病毒載體如慢病毒(lentivirus)、腺相關病毒(AAV)等病毒載體,或是屬於非病毒載體的奈米微脂體(LNP)。然而這些載體除了潛在的脫靶風險,還有各自的挑戰,例如慢病毒載體只能用於體外對細胞的運送,AAV載體能容納的鹼基長度有限,LNP目前只能靶向肝臟等少數器官等。
 
劉如謙團隊以反轉錄病毒(retrovirus)為基礎進行改造,目標是克服物質包裹、釋放及局部化(localization)的挑戰。在研究團隊開發出的第四代eVLP中,已經可以包裝、運送鹼基編輯(base editor)和CRISPR/Cas9系統。研究團隊表示,相較於其他載體直接運送核酸物質,eVLP能將基因編輯系統直接以核糖核蛋白(RNP)的方式在體內輸送,脫靶性會來得更低。
 
藉由搭配不同的糖蛋白,能夠改變eVLP的趨性(tropism),將eVLP靶向不同的細胞和器官。研究團隊也在此研究中,展示了在人類細胞、小鼠原代細胞(primary mouse cells),以及透過一次注射,即可在小鼠的肝、眼等器官組織中,成功執行有效的基因編輯,且未發現體內或體外的脫靶效應。
 
例如,研究團隊以eVLP將鹼基編輯系統的核糖核蛋白輸送到小鼠肝臟,成功編輯了63%的肝臟細胞,並將血中PCSK9蛋白濃度降低了78%。由於PCSK9蛋白含量和俗稱「壞膽固醇」的低密度脂蛋白(LDL)息息相關,因此有望成為預防心血管疾病的潛在方式。
 
此外,研究團隊也將這套系統,應用在萊伯氏先天性黑蒙症(LCA)的遺傳性失明小鼠模型。結果顯示,由eVLP運送鹼基編輯系統的核糖核蛋白,也能夠有效修復小鼠的基因突變位點,並達成部分修復小鼠視力。
 
研究團隊表示,目前他們無論是在體內或體外實驗中,都沒有發現來自eVLP的基因編輯脫靶效應,這點是AAV載體或是質體運輸(plasmid delivery)經常面臨的挑戰。他們認為,eVLP將能結合病毒與非病毒載體的優點,成為巨分子治療的理想運輸模式。
 
劉如謙致力於次世代基因編輯的開發,被稱作「CRISPR 2.0教父」。其開發出有別於CRISPR的鹼基編輯(base editing)和先導編輯(prime editing)等創新技術,能夠在不需切割DNA,直接利用化學方法修飾鹼基,藉以改善編輯的精準度。劉如謙野參與了多家基因編輯公司,例如甫在10日獲輝瑞13.5億美元合作開發肝臟中樞神經系統療法的Beam Therapeutics,以及在2021年7月剛完成2億美元B輪募資的Prime Medicine。
 
參考資料:
https://mp.weixin.qq.com/s/S7CkcETJ-oH0-FhdFz_dJA
 
研究原文:
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01484-7
 
(編譯 / 吳培安)