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基因編輯大大降低細胞生產成本

發表時間:2016-05-05

根據Dana-Farber/波士頓兒童醫院癌癥及血液疾病中心的一項多機構研究表明,關閉一個基因,可使從干細胞生成紅細胞的實驗室方法,產量增加大約三至五倍。這些研究結果,發表在最近的《CellStemCell》,提出了一種方法,可成本有效地用干細胞生產紅血細胞;最終可能受益的患者包括,那些不能使用目前血庫中血液的患者。

        以前的研究已經表明,我們可以使用各種方法,在實驗室中迫使不同類型的干細胞生產輸血級的紅血細胞,但是每單位血液的成本在8000美元到15000美元之間,這些過程是昂貴的。本研究首次將干細胞、強大的基因編輯工具和來自全基因組關聯研究(GWAS)數據結合起來。

        該研究團隊在資深作者、Dana-Farber/波士頓兒童醫院兒科血液學家VijaySankaran的指導下,在GWAS數據中瞄準了目標基因——SH2B3,發現該基因中自然發生的變異(降低其活性),可增加紅血細胞的生產。

        Sankaran說:“研究人員在40%的人當中,發現SH2B3的一個變異,可引起更高的血紅細胞計數。但是如果你看看血紅細胞水平真正高的人,他們往往有罕見的SH2B3突變。這表明,這是一個靶標,你可以部分或完全消除其功能,作為顯著增加紅血細胞產量的一種方法。

        Sankaran繼續說:“有許多患者具有罕見的血型或血液病,需要非常特殊的血型,而且不能接受大多數獻血者的血液。此外,有一些患者可以使用紅血細胞作為傳遞治療藥物的一種方法。”

        Sankaran和他的合作者——包括本研究的共同第一作者FelixGiani、ClaudiaFiorini博士,和Dana-Farber/波士頓兒童醫院癌癥和血液疾病中心的AoiWakabayashi,想探討是否有可能使用SH2B3作為靶標,通過遺傳學手段增加實驗室紅血細胞的產量(而不是通過添加細胞因子和其他因子調整培養的細胞)。為此,他們首先用RNA干擾(RNAi,可沉默基因表達)抑制成年獻血者造血干細胞(HSPCs)和來自人類臍帶血的HSPCs中的SH2B3。

        該研究小組的數據證實,用RNAi關閉SH2B3,可使HSPC的細胞生產偏向于紅細胞。與對照組相比,采用RNAi處理的成人和臍帶血干細胞,可分別產生三到五倍和五到七倍的血紅細胞。使用多個測試,該研究小組發現,RNAi產生的紅血細胞與對照細胞本質上別無二致。

        Sankaran和他的團隊認識到,他們的HSPC/RNAi方法很難擴展到影響紅細胞臨床需要的規模。因此,在一組獨立的實驗中,他們使用CRISPR基因編輯,永久地關閉人類胚胎干細胞系(胚胎干細胞)中的SH2B3,這種細胞可以很容易地在實驗室中更新。然后,他們用一種已知可促進血細胞生產的因子混合物,來處理被編輯的細胞。在這些條件下,編輯的hESCs可比對照組產生三倍更多的血紅細胞。同樣,該研究小組發現,來自編輯干細胞的紅細胞,和來自對照組的紅細胞之間,并不存在顯著差異。

        Sankaran認為,SH2B3對于“有多少紅細胞前體響應,才能生產更多的紅血細胞”作出了某種上限。Sankaran解釋說:“這是一種很好的方法,因為它消除了通常保持細胞抑制的制動器,并限制了響應不同實驗室條件的紅細胞前體數量。”

        他指出,在他的設想中,被編輯以保持SH2B3關閉的干細胞,在培養基中可作為一種細胞啟動器,產生紅細胞用于治療目的;編輯的干細胞本身絕不會被直接用于治療。

        他還認為,隨著進一步的發展,CRISPR和hESCs的結合,可以提高實驗室生產紅血細胞的產量,并將成本降低到切實可行的商業規模。他說:“這讓我們能夠接近正常供體來源的血液單位的成本。如果我們能把成本降到每單位2000美元,將是一個合理的成本。”


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