Cell重磅:劉如謙開發(fā)新型類病毒載體,安全高效進行體內(nèi)基因編輯
提到劉如謙,我們首先想到的就是堿基編輯(Base Editor)和先導編輯(Prime Editor)等新型基因編輯工具。不同于CRISPR-Cas9基因編輯,劉如謙團隊開發(fā)的一系列精準基因編輯工具,不會導致DNA雙鏈斷裂(DSB),因此被認為更安全,也更具有臨床應用價值。
除了在科研領域接連取得重突破以外,劉如謙還創(chuàng)建了多個基因編輯和治療領域公司,其創(chuàng)立的基于堿基編輯(Base Editor)的公司 Beam Therapeutics,近日宣布將在今年下半年開展一個人體臨床試驗,治療鐮狀細胞病和β-地中海貧血。其創(chuàng)立的基于先導編輯(Prime Editor)的 Prime Medicine 也獲得了超3億美元大額融資。
對于基因治療而來,除了基因編輯工具本身,遞送載體也同樣重要。目前在臨床應用的遞送載體主要可以分為病毒載體(慢病毒、AAV等)和非病毒載體(LNP等)。但目前這些載體都存在一些不足之處,例如慢病毒載體只能用于體外對細胞的遞送,而AVV載體容量較低(只能容納4.7K堿基長度),而LNP目前只能靶向肝臟等少數(shù)器官。
2022年1月11日,劉如謙(David Liu)團隊在國際前列學術期刊 Cell 發(fā)表了題為:Engineered virus-like particles for efficient in vivo delivery of therapeutic proteins 的研究論文。
劉如謙團隊開發(fā)了一種工程化類病毒顆粒(Engineered virus-like particles,eVLP),能夠克服蛋白復合物遞送的多個瓶頸:
1)eVLP是無DNA的,直接遞送基因編輯器的核糖核蛋白(RNP),且脫靶性??;
2)eVLP遞送的堿基編輯對小鼠肝臟63%的細胞進行了有效編輯,將血清中PCSK9水平降低了78%;
3)eVLP遞送的堿基編輯改善了遺傳性失明小鼠模型的視覺。
將基因編輯組分以核糖核蛋白(RNP)的形式在體內(nèi)遞送,相比于直接遞送核酸,更具安全性優(yōu)勢。
在這項研究中,劉如謙團隊開發(fā)了工程化的無DNA類病毒顆粒(eVLP),這種類病毒顆粒,是在逆轉(zhuǎn)錄病毒的基礎上做了大量改造和優(yōu)化,以克服包裝、遞送和釋放中的瓶頸,這篇論文中的是第四代eVLP,可以有效包裝和遞送堿基編輯器和CRISPR-Cas9的核糖核蛋白(RNP)形式。能夠在人類細胞、小鼠原代細胞和多種小鼠器官和組織(肝臟、大腦、眼睛)中進行有效的基因編輯。
在eVLP中,通過使用不同的糖蛋白,可以改變它們的細胞和器官靶向性。將eVLP單次注射到小鼠體內(nèi),可以在不同的器官上進行有效的基因編輯。
劉如謙團隊使用eVLP遞送了堿基編輯器(Base Editor)的核糖核蛋白(RNP),能夠成功編輯63%的小鼠肝臟細胞,并將血清中PCSK9蛋白的水平降低78%。PCSK9基因表達的PCSK9蛋白能夠與與肝細胞表面的LDL受體(LDL-R)結合,使LDL-R降解,從而升高血漿中低密度脂蛋白膽固醇水平。降低PCSK9基因的表達或抑制PCSK9蛋白與LDL-R的結合,就能降低血漿中低密度脂蛋白膽固醇水平,從而預防心血管疾病的發(fā)生。
劉如謙團隊還對人類先天性黑蒙癥小鼠模型進行了驗證,實驗結果顯示,eVLP遞送的堿基編輯器(Base Editor)的核糖核蛋白(RNP)能夠有效修復這種遺傳性失明小鼠模型中的基因突變位點,并部分恢復小鼠的視力。
此外,劉如謙團隊還對eVLP遞送的體外和體內(nèi)基因編輯的DNA水平和RNA水平的脫靶情況進行了檢測,檢測結果顯示,無論是DNA還是RNA水平,幾乎都沒有檢測到脫靶,相比使用AAV病毒或質(zhì)粒載體遞送優(yōu)勢明顯。
總的來說,這些研究結果表明,工程化類病毒顆粒(eVLP)可作為一種有潛力的治療性大分子遞送載體,它結合了病毒和非病毒遞送的關鍵優(yōu)勢,能夠?qū)⒒蚓庉嫻ぞ哌f送到細胞和器官,實現(xiàn)高效基因編輯,且具有低的脫靶效應,安全性很高。
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