治癒遺傳病新方法，科學家想用Crispr進行基因組手術
11月27日訊息，據國外媒體報道，加州大學伯克利分校(UC Berkeley)生物化學家、Crispr先驅詹妮弗·杜德納(Jennifer Doudna)與一家研究所合作，期望將Crispr系統對患有遺傳病的患者進行基因組手術，讓未來的基因組外科醫生將使用Crispr的分子剪刀功能在遺傳原始碼中移除或替換掉有缺陷的基因，從而治癒遺傳疾病。
圖示：加州大學伯克利分校(UC Berkeley)生物化學家、Crispr先驅詹妮弗·杜德納(Jennifer Doudna)
德萊尼·範·裡珀（Delaney Van Riper）疲憊不堪。那是2017年的夏天，她前一天剛剛在加州大學聖克魯斯分校(UC Santa Cruz)的校園裡進行了巡迴演講，整理好自己的文件，並與4000名新生中的代表見面座談。現在，她汗流浹背，準備在後座上打個盹兒，然後驅車回家。她家離薩克拉門託有三個小時的車程。但首先，她必須在舊金山Mission Bay的一座玻璃和花崗岩建築前停下來，捲起袖子，給科學家們送去幾管血。
這是裡珀進入大學的第二年，格拉德斯通研究所的研究人員正忙於將她的血細胞重新程式設計成幹細胞,然後在孵化器中培養成神經元,並利用Crispr系統試圖切掉裡珀最常染色體短臂上潛伏者的一個棘手突變。
現年19歲的裡珀(Van Riper)是文學專業的一名大二學生，她生來就患有一種罕見的基因疾病，名為“貓牙症”(charot - marie - tooth，簡稱CMT)，這種疾病正在慢慢侵蝕神經細胞在大腦和肌肉之間傳遞資訊的能力。裡珀用手和腳做事，比如說走路和拿鉛筆，越來越困難。但去年，她成為少數幾名用血細胞在格拉德斯通研究所接受實驗性Crispr程式的患者之一。該程式或許有一天會被用於消除基因決定的身體缺陷。
今年9月，加州大學伯克利分校(UC Berkeley)生物化學家、Crispr先驅詹妮弗?杜德納(Jennifer Doudna)宣佈，她將在海灣對岸開設一家實驗室，建立一個專注於全新醫學領域的中心:基因組手術。隨著越來越多的Crispr藥物公司籌集資金，並競相進行臨床試驗，杜德納看到了一個機會，那就是必須有人接納一種更廣泛、更具包容性的觀點。她在格拉德斯通找到了歸宿。格拉德斯通研究所是一個非營利的生物醫學研究中心，有數百名科學家，隸屬於加州大學舊金山分校及其臨床專案。她設想的是，Crispr手術程式的發展更接近於外科醫生如今用手術刀切除惡性腫瘤組織的方式。未來的基因組外科醫生將使用Crispr的分子剪刀功能在遺傳原始碼中移除或替換掉有缺陷的基因，從而治癒遺傳疾病。
杜德納說:“從長遠來看，我們關注的是什麼對病人最有利，而不僅僅是我們能將什麼產品迅速推向市場。”雖然她也是許多基於crispr技術醫療企業的聯合創始人，但她擔心，這些企業迅速盈利的壓力會拋下許多罕見的遺傳疾病。這些遺傳疾病往往都是由一系列獨特的突變引起的，其中的突變都需要定製的工具來修復。然後還有一個問題，那就是相應患者能否負擔得起進入市場的治療方法。杜德納說，降低醫療費用，讓Crispr成為一種可持續的技術，是在非營利環境中更容易解決的問題。“我們需要後退一步，思考如何確保未來這項技術不會只適用於0.1%的人群。”
成本不是唯一的挑戰。還有一個問題是如何將Crispr匯入正確以及足夠多的細胞來產生影響。你可以訓練細胞自己構建Crispr系統，指令由無害的病毒傳遞進來，但這種方法使Crispr的切割行為更難控制。你可以通過將蛋白質複合物包裹在脂肪顆粒中，直接誘導Crispr進入細胞，但這種方法效率不高，而且很難直接匯入。醫生如何將基因編輯器傳送到人體深處的組織，比如說心臟或大腦?
此外，與開發一種全新醫療模式相關的還有更多根本的未知因素。正確的劑量是多少? 計算患者風險和收益的正確方法是什麼?你需要收集哪些資料才能確保其安全有效 ?杜德納和她在格拉德斯通的合作者希望在未來五到十年裡回答這些重大問題。如若醫生廣泛採用基因組編輯作為標準治療手段，他們的努力可能是建立所需工具和規則的推動力。據估計,在2500萬美國人中，有6000種疾病都是因為基因缺陷所引起的。
今年1月分，美國國立衛生研究院(National Institutes of Health)承諾在未來六年投入1.9億美元，加快Crispr進入臨床的速度。迄今為止，該機構已向一個由17家學術研究機構組成的聯盟提供了資助，其中包括格拉德斯通研究所和一家生物技術公司，以幫助它們組裝併發布Crispr工具包。除此之外，它將包含更好的傳遞技術以及更安全、更精確的基因組編輯器，以及用於檢查手術後結果的細胞追蹤技術。其所有要素都是為了幫助美國食品和藥物管理局(FDA)為Crispr制定一條平穩的監管路徑，以便將其當作一種混合技術來對待——部分裝置(分子手術刀)，部分藥物(細菌蛋白)。
“在一切明朗之前，我們正試圖幫助制定一些基因組編輯的標準，”格拉德斯通研究所高階研究員託德·麥克德維特(Todd McDevitt)說。他正在評估Crispr在人類細胞和組織中的安全性。與其他可以在模型生物中測試的藥物不同，在小鼠或大鼠體內編輯人類基因組是不可能的。在醫生開始向患者注射Crispr之前，像麥克德維特這樣的科學家必須先設計出逼真的人體微組織，在其中測試Crispr。
在麥克德維特的實驗室裡，一名博士後拿出一個盤子，盤子裡有幾個肉色的圓點，有氈頭筆那麼大，漂浮在一盆粉紅色的培養基中。她把它放在倒置的熒光顯微鏡下。立刻，兩個黑點填滿了附近的顯示器。一道綠光在上面抖動。幾秒鐘後，這種情況再次發生。每個類器官的已經存續大約有1年時間，由近10萬個跳動的人類心臟細胞組成。其DNA編碼中有一種綠色熒光蛋白，只有在鈣存在的情況下才會發光。螢幕上的每一道綠色閃光都代表著一個微小的心球收縮，並對Crispr帶來的任何改善(或損害)起到視覺提示作用。
除心臟器官外，麥克德維特的實驗室還在培育視網膜片和腦球，這些視網膜片和腦球都是從裡珀等病人捐獻的細胞中培育出來的。除了CMT,格拉德斯通研究所還將最初的精力集中在另外兩種遺傳性疾病上——一種是被稱為心肌病的心臟病，另一種是導致漸進性失明的BEST疾病。在接下來的三年裡，當研究所裡的其他研究人員設計出新的更好的Crispr系統時，他們將把它們送到麥克德維特那裡。然後，他的團隊將在他們的3D類器官上進行試驗，每個器官上都帶有采集自人體的突變特徵。它們將衡量手術預期和意外後果。格拉德斯通研究所的目標是有一天啟動一項臨床試驗，讓裡珀這樣的患者使用已驗證成功的構建體接受Crispr基因組手術。
“我們正在努力完善每一項技術，”布魯斯·康克林(Bruce Conklin)說。“但我們的想法是在一個病人身上測試很多假設，這樣下一個病人就會快得多。”
杜德納將“基因組手術”一詞的誕生歸功於長期合作伙伴康克林。他們一起想象未來的CMT患者進入醫院,得到他或她的基因組測序,和醫生說,“好的,基於你的基因突變，你可以選擇Crispr A和Crispr B,“這都是經過FDA批准的,隨即還會有Crispr C, D, E, F, G等基因組編輯系統可以覆蓋到導致CMT疾病的上千種不同突變。“在這樣的系統中，我們可能只是免費提供Crispr系統，”康克林說。“這就像移植器官一樣。沒有人會因為捐獻器官而得到報酬。”
但在此之前，杜德納和康克林必須籌集大量資金，為昂貴的臨床試驗提供資金。而且，患者必須自願進行試驗，在培養皿中和球形培養皿中治癒細胞的Crispr能否在體內做同樣的事情。對於裡珀來說，這有可能在她大學畢業時發生。她說，如果那一天真的到來，她會有些害怕。“但總得有人去做，對吧?””她說。“如果我不願意有結果，我就不會參加。”