薩克生物研究學院研發團隊
薩克生物研究學院（Salk Institute）的研發人員最近在基因編輯領域取得了重大突破，他們首次將目標位置的 DNA 嵌入了非分裂細胞，而此種細胞是成年人器官和組織的重要組成部分。開發團隊表示，這項新技術能讓失明的齧齒動物部分恢復視覺反應。借助這項突破，研究人員可以大大拓寬基礎研究的途徑並開發出多種新型治療方式，造福那些患有視網膜、星戰和神經疾病的患者。
“能開發出這項新技術，我們感到很榮幸，因為這是前人無法實現的重大突破，”薩克生物研究所基因表達實驗室的 Belmonte 教授說道，包含他們新發現的論文剛剛在本月 16 日登上了《自然》雜誌。
“人類第一次將 DNA 嵌入了非分裂細胞，未來該技術將有廣闊的應用前景。”
此前，修改 DNA 的技術，如 CRISPR-Cas9 系統，只有在分裂細胞中才能起效。薩克生物研究學院的研發人員表示，在執行 DNA 嵌入（分裂細胞）的任務時，新技術的效能是其他技術的十倍，因此在研究和醫藥上該技術都是個潛力十足的好工具。更重要的是，薩克生物研究學院的新技術突破了原本分裂細胞的限制，因此研究人員可以精確的將 DNA 嵌入那些之前無法觸及的地方，如眼睛、大腦、胰腺或心臟，在治療中各種新療法會大量湧現。
DNA修復是如何實現的？
在開發新技術的過程中，研究人員用到了細胞 DNA 修復途徑，也就是醫學上所說的“非同源性末端接合”（NHEJ）。這種方法能通過對原始鏈末端的接合實現常規 DNA 斷裂的修復。同時，研究人員還用到了現有的基因編輯技術，最終成功將新的 DNA 精確的潛入了非分裂細胞中的既定位置。
“利用 NHEJ 通路插入新的 DNA 是基因組編輯領域一項革命性的成果，絕對是前無古人的。”Keiichiro Suzuki 說道，他是本篇論文的第一作者。
首先，研究小組著手優化現有的 NHEJ 機制，以便與 CRISPR-Cas9 系統搭配使用。研究人員創建了一個由核酸雞尾酒組成的定製版插入包（insertion package），並稱其為同源非依賴性靶向嵌入（homology-independent targeted integration，HITI）。隨後，他們利用一種惰性☆禁☆病毒將 HITI 的遺傳指令包送到神經元（胚胎幹細胞中提取）中。
“這可能是 HITI 在非分裂細胞中發揮作用的首個跡象。”論文另一位第一作者 Jun Wu 說道。隨後，研究小組又將這一結構嵌入了成年小鼠（mice）的大腦中。
盲鼠複明瞭嗎？
為了檢驗 HITI 用於基因替代療法的可能性，研究小組還在色素性視網膜炎大鼠（rats）模型中測試了這一技術。這是一種遺傳性視網膜退化疾病，它能夠導致人類失明。科學家們利用 HITI 將 Mertk 基因的功能性拷貝嵌入到 3 周大小的大鼠眼睛中。Mertk 基因是患色素性視網膜炎時遭到損傷的基因之一。當大鼠 8 周時，研究人員開始分析這一基因編輯過程的效果。結果發現，實驗動物已經獲得了一定的視覺反應。後續的一些測試表明，大鼠的視網膜細胞正在痊癒。
“我們確實可以改善這些盲鼠的實力，”論文第一作者 Reyna Hernandez-Benitez 說道。“實驗成功表明該技術前景廣闊。”
下一步該團隊將提升 HITI 的嵌入效率。HITI 技術的“魅力”在於它不只是適用於 CRISPR-Cas9 系統，而是適用于任何靶向基因組工程系統。因此，隨著這些系統安全性和效能的提高，HITI 的效果也會隨之改變。
“現在我們手握的這項技術能夠修改非分裂細胞中 DNA ，這樣我們就能修復大腦、心臟和肝臟中出問題的基因，”Izpisua Belmonte 說道。“人類第一次獲得了治癒一些疑難雜症的方法。”
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Salk.edu