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CRISPR 基因編輯解釋:科學家如何切割和修復 DNA 以治療疾病
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重點
CRISPR-Cas9 是一種分子工具,讓科學家能在精確位置切割 DNA,並利用細胞自身的修復過程來禁用、糾正或重寫基因。該方法在 2023 年 12 月從實驗室技術發展成為經批准的藥物,當時美國監管機構批准了第一種基於 CRISPR 的鐮狀細胞病療法。
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CRISPR-Cas9 的工作原理是將 RNA 導向分子與 Cas9 酶配對。導向 RNA 被構建為與特定 DNA 序列相匹配,一旦在細胞內找到該序列,它會將 Cas9 引導到該位置,酶隨後切割 DNA 的兩條鏈,根據美國國家衛生研究院下的國家醫學科學研究所(NIGMS)所述。
切割本身不會修復任何東西。重要的是細胞如何修復斷裂。NIGMS 解釋說,研究人員可以讓細胞用隨機遺傳字母修補切口,這會禁用基因,或者他們可以提供一個模板,讓細胞用特定的新序列修復斷裂,這可以糾正或重寫基因。對切割發生位置和修復方式的控制正是使 CRISPR 成為靈活編輯工具的原因,研究人員原則上可以將其應用於基因組中的許多不同位置。
該工具的來源
CRISPR-Cas9 作為可編程編輯工具是由 Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 開發的,他們在 2012 年發表了關鍵實驗,證明細菌免疫機制可以被重新編程,以在用戶選擇的位置切割 DNA,如麻省理工學院技術評論所述。這兩位科學家因這項發現獲得了 2020 年諾貝爾化學獎,諾貝爾委員會稱其為基因組編輯的「劃時代」方法。
從實驗室工具到經批准的藥物
該技術的首次臨床應用於 2023 年 12 月 8 日實現,當時美國食品和藥物管理局批准了由 Vertex Pharmaceuticals 和 CRISPR Therapeutics 開發的 Casgevy(exagamglogene autotemcel),作為首次為患者批准的基於 CRISPR/Cas9 的療法,根據美國食品和藥物管理局自身的公告。該機構批准 Casgevy 與第二種非 CRISPR 基因療法 Lyfgenia 同時使用,兩者都用於 12 歲及以上患者的鐮狀細胞病,且患者有反覆痛性危象的病史。
英國的藥品監管機構 MHRA 已在 2023 年 11 月 16 日批准 Casgevy,用於 12 歲及以上患者的鐮狀細胞病和輸血依賴型 β-地中海貧血,使英國成為首個批准基於 CRISPR 的藥物的國家,根據帝國理工學院所述,其 NHS 信託機構參與了該試驗的一部分。
治療的實際給藥方式
Casgevy 不是直接注射到體內。醫生首先收集患者自身的血液幹細胞,這些細胞被運送到製造地點,在那裡 CRISPR 編輯 BCL11A 基因附近的特定調控區域,將其關閉,以便細胞開始產生胎兒血紅蛋白,這是一種通常只在出生前產生的攜帶氧氣的蛋白質,美國食品和藥物管理局解釋道。在編輯後的細胞被輸注回體內之前,患者需要接受高劑量化療來清除骨髓中的空間,這是一個條件步驟,本身帶有風險,包括血細胞計數低和口腔潰瘍,根據美國食品和藥物管理局和 Biopharma Dive 的報告。
美國食品和藥物管理局對鐮狀細胞病試驗的評審發現,31 名可評估患者中的 29 人(即 93.5%)在治療後至少連續 12 個月內無嚴重痛性危象,根據該機構的批准公告。帝國理工學院報告了與英國批准相關的單獨數據,涵蓋兩種疾病:29 名鐮狀細胞病患者中的 28 名無嚴重疼痛,42 名 β-地中海貧血患者中的 39 名不再需要輸血,兩者均持續至少 12 個月。
| 日期 | 監管機構 | 決定 |
|---|---|---|
| 2023 年 11 月 16 日 | 英國 MHRA | 首次全球批准,用於鐮狀細胞病和 β-地中海貧血,12 歲及以上 |
| 2023 年 12 月 8 日 | 美國 FDA | 首次美國批准,用於鐮狀細胞病,12 歲及以上 |
成本和可及性
根據 Biopharma Dive 的報告,Vertex 為 Casgevy 設定了美國建議零售價為 220 萬美元,該報告還報導稱該公司估計美國和歐洲約有 25,000 人可能符合該療法的資格。STAT News 指出,雖然編輯的設計目的是終身有效,但長期耐久性仍取決於仍在收集的多年隨訪數據。
這些批准代表了重要的醫學進步……反映了美國食品和藥物管理局促進安全有效治療開發的承諾。
因為編輯後的細胞來自患者自身的身體,不會被後代繼承,這種 CRISPR 使用被歸類為體細胞基因編輯,不同於生殖系編輯,後者會改變傳遞給子女的 DNA,仍然是該技術的一個獨立且更具爭議的領域。
常見問題
- CRISPR 對 DNA 的實際作用是什麼?
- 它使用導向 RNA 將 Cas9 酶引導到特定 DNA 序列,在那裡 Cas9 切割兩條鏈;細胞自身的修復過程隨後由研究人員指導禁用或重寫目標基因,根據 NIGMS/NIH 所述。
- 有美國食品和藥物管理局批准的 CRISPR 治療嗎?
- 有的。美國食品和藥物管理局於 2023 年 12 月 8 日批准 Casgevy 用於 12 歲及以上患者的鐮狀細胞病,根據美國食品和藥物管理局的批准公告。英國 MHRA 已於 2023 年 11 月 16 日批准 Casgevy 用於鐮狀細胞病和 β-地中海貧血,根據帝國理工學院所述。
- 誰發明了 CRISPR 基因編輯?
- Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer Doudna 在 2012 年展示了 CRISPR-Cas9 如何可以被重新編程為精確的基因編輯工具,他們因這項工作獲得了 2020 年諾貝爾化學獎,根據麻省理工學院技術評論所述。
- Casgevy 的成本是多少?
- 根據 Biopharma Dive 的報告,Vertex Pharmaceuticals 為 Casgevy 設定了美國建議零售價為 220 萬美元。
- CRISPR 編輯會傳遞給子女嗎?
- 經批准的療法 Casgevy 僅編輯患者自身的血液幹細胞(體細胞編輯),不會被後代繼承,這不同於生殖細胞或胚胎的生殖系編輯。
來源
- NIGMS/NIH — What Is CRISPR?
- FDA — FDA Approves First Gene Therapies to Treat Patients with Sickle Cell Disease
- STAT News — In historic decision, FDA approves a CRISPR-based medicine for treatment of sickle cell disease
- MIT Technology Review — The Nobel Prize in chemistry has gone to the two women who pioneered CRISPR gene editing
- Biopharma Dive — CRISPR therapy for sickle cell approved by FDA in gene editing milestone
- Imperial College London — UK approves world-first gene-editing treatment for blood disorders
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