為基因魔剪打造智能“快遞”系統(tǒng)

◎科技日報(bào)記者 張夢然

在生命的藍(lán)圖中，DNA就像一本寫滿遺傳信息的“天書”。然而，這本天書中偶爾也會(huì)出現(xiàn)“錯(cuò)別字”，導(dǎo)致各種遺傳疾病的發(fā)生。近年來，基因編輯技術(shù)成為科學(xué)家手中的一把“分子剪刀”。它能夠精準(zhǔn)地修改DNA中的錯(cuò)誤片段，從而有望在根本上治愈疾病。

其中，CRISPR-Cas9的出現(xiàn)，徹底改變了基因編輯領(lǐng)域的格局。它不僅操作簡便、成本低廉，而且效率極高，被譽(yù)為“基因魔剪”。隨著技術(shù)的發(fā)展，堿基編輯器和引物編輯器等新一代工具也相繼問世，它們能夠在不切斷DNA雙鏈的前提下實(shí)現(xiàn)更安全、更精細(xì)的修改，進(jìn)一步提升了基因編輯技術(shù)的安全性和應(yīng)用潛力。

然而，一個(gè)巨大的難題仍然橫亙在人們面前：要將這些先進(jìn)的“分子工具”送到正確的目標(biāo)細(xì)胞中，并非易事。就像再好的藥物如果不能準(zhǔn)確送達(dá)病灶部位也無法發(fā)揮作用一樣，基因編輯技術(shù)的強(qiáng)大功能，也需要一個(gè)高效、安全的遞送系統(tǒng)充當(dāng)“快遞員”。

而德國亥姆霍茲慕尼黑合成生物醫(yī)學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)在近期國際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表了一項(xiàng)突破性成果：他們成功開發(fā)出一種新型病毒樣顆粒遞送系統(tǒng)——ENVLPE，為基因編輯器打造了一個(gè)智能“快遞”系統(tǒng)，標(biāo)志著在這一領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

精準(zhǔn)遞送：基因編輯的“快遞”革命

傳統(tǒng)的病毒與非病毒遞送系統(tǒng)，如腺相關(guān)病毒、脂質(zhì)納米顆粒以及其他類型的病毒樣顆粒，普遍存在一些限制。例如，某些系統(tǒng)可能會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)，或者遞送效率較低，難以滿足實(shí)際需求。

ENVLPE全稱為“用于裝載可編程編輯器的工程核胞質(zhì)載體”。它是一種非傳染性的病毒樣顆粒，能夠高效地將基因編輯工具（如堿基編輯器或引物編輯器）運(yùn)送至目標(biāo)細(xì)胞中。該系統(tǒng)成功克服了早期遞送系統(tǒng)的兩大瓶頸：一是向?qū)NA有效載荷的不穩(wěn)定性，二是生產(chǎn)細(xì)胞中對功能性基因編輯器的低效包裝。通過優(yōu)化細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)制，研究人員顯著提升了這一系統(tǒng)的遞送效率和安全性。

ENVLPE則直接針對這些問題進(jìn)行了改進(jìn)。其核心結(jié)構(gòu)基于經(jīng)過修飾的、非傳染性的病毒外殼，作為基因編輯工具的“包裹”，可以攜帶堿基編輯器或引物編輯器等先進(jìn)CRISPR工具。這些工具能夠精準(zhǔn)修改DNA中的單個(gè)堿基，甚至嵌入或刪除特定序列，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

更重要的是，ENVLPE巧妙地利用了細(xì)胞內(nèi)部的天然運(yùn)輸機(jī)制，在正確的時(shí)間和地點(diǎn)將所有組件組裝完整，從而避免了傳統(tǒng)方法中常出現(xiàn)的部分組裝、功能缺失的問題。此外，該系統(tǒng)還配備了一個(gè)額外的分子屏障，保護(hù)編輯器中最脆弱的部分免受降解，確保其安全抵達(dá)目的地并發(fā)揮預(yù)期作用。

點(diǎn)亮黑暗：失明小鼠恢復(fù)視力

為了驗(yàn)證ENVLPE的實(shí)際效果，亥姆霍茲慕尼黑研究所與美國加州大學(xué)歐文分校合作，在遺傳性失明的小鼠模型中進(jìn)行了測試。

這些小鼠因Rpe65基因發(fā)生致病突變而完全失明，無法對光產(chǎn)生任何反應(yīng)。研究人員將ENVLPE注射到視網(wǎng)膜下腔（位于視網(wǎng)膜色素上皮和光感受器之間），以修復(fù)該基因突變。結(jié)果顯示，接受治療的小鼠開始恢復(fù)對光刺激的反應(yīng)，這意味著ENVLPE在活體動(dòng)物中具備強(qiáng)大的治療潛力。

與現(xiàn)有遞送系統(tǒng)相比，ENVLPE表現(xiàn)出更優(yōu)的性能：其他系統(tǒng)通常需要10倍以上的劑量才能達(dá)到相似的治療效果。

定制抗癌：通用T細(xì)胞的新平臺(tái)

除了在基因治療中的應(yīng)用，ENVLPE也為癌癥的過繼性T細(xì)胞療法帶來了新的可能。這種療法通常涉及從患者體內(nèi)提取免疫T細(xì)胞，并在實(shí)驗(yàn)室中對其進(jìn)行基因改造，使其能夠識(shí)別并攻擊腫瘤細(xì)胞，再重新注入患者體內(nèi)。

研究顯示，ENVLPE可以高效地去除T細(xì)胞表面的一些特定分子。這些分子在移植給非供體受者時(shí)可能引發(fā)免疫排斥反應(yīng)。因此，ENVLPE有望幫助開發(fā)通用T細(xì)胞，即無需根據(jù)個(gè)體患者定制的免疫細(xì)胞產(chǎn)品。這將大大降低治療成本，提高可及性，使更多癌癥患者受益。

這項(xiàng)創(chuàng)新不僅解決了遺傳性疾病體內(nèi)治療和癌癥體外細(xì)胞治療中的關(guān)鍵問題，也為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展開辟了新路徑。高度模塊化的ENVLPE讓人們距離按需、精準(zhǔn)地進(jìn)行復(fù)雜細(xì)胞工程的目標(biāo)更近了一步，成為合成生物學(xué)推動(dòng)醫(yī)學(xué)進(jìn)步的典范。

目前，研究人員正在進(jìn)一步提升ENVLPE的靶向精度，計(jì)劃結(jié)合自然界多樣性資源和人工智能輔助蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)，使遞送過程更加特異、可控。為推動(dòng)該技術(shù)走向臨床應(yīng)用，他們正積極尋求轉(zhuǎn)化研究資金支持和制藥企業(yè)的合作，力求將ENVLPE優(yōu)化為適用于多種疾病的治療平臺(tái)，最終造福廣大患者。