CRISPR编辑T细胞,微流控芯片助力免疫治疗

CRISPR-Cas9系统如暴风般横扫基因组学领域,正在给生物医学研究带来一场巨变。CRISPR/Cas9是最新出现的一种由gRNA导向的Cas9核酸酶对靶向基因进行编辑的技术,给揭示疾病发生机理以及靶向基因疗法治愈遗传疾病带来了希望。基于CRISPR的T细胞编辑为免疫靶向癌症、艾滋病以及先天性免疫缺陷等方向提供了新的治疗方案,然而高效的编辑和改造T细胞一直以来是该领域一个巨大挑战。

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近期,美国康奈尔大学威尔医学院附属医院——休斯敦卫理公会医院(Houston Methodist Hospital)秦立东课题组在体外制备了CRISPR体系,通过其实验室自主研发的微流控转染技术平台迅速将CRISPR体系传递到人类T细胞中,最终成功编辑了T细胞的特定基因PD-1。该方法利用微流泵驱动细胞穿过狭小空间,细胞受到物理挤压产生形变并在细胞膜产生瞬时小孔,实现有效输运基因编辑分子到细胞内的作用。课题组PI秦立东教授认为微流控芯片的细胞拉伸作用适合相对脆弱的细胞种类,比如干细胞和免疫细胞的编辑,而这些细胞很难经受电穿孔等传统方法的毁灭性操作;同时,相比现在应用较多的病毒感染细胞方法,该技术还避免了病毒DNA序列插入细胞基因组带来的安全隐患。

该研究小组成功地敲除了了PD-1的表达,这一蛋白在新兴的癌症免疫治疗领域吸引了众多科学家的密切关注,研究证实采用一些药物来阻断PD-1可以诱导T细胞攻击肿瘤。该项目第一作者和项目主要完成人韩欣博士认为此技术可以不断优化来实现更多类型细胞的基因编辑,对其在免疫治疗领域的应用充满信心。

微流控转染技术是一个应用广泛,高通量并能实现单细胞精确快速高效控制的新型细胞转染平台,与CRISPR基因编辑技术的有效结合为人类疾病基因治疗提供了重要策略。秦立东教授的课题组继2015年Science子刊Science Advances[1]首次报道该技术,后续相关文章又在Wiley旗下期刊Angewandte Chemie[2]和Advanced Biosystems DOI: 10.1002/adbi.201600007)上发表。

[1] Han X, Liu Z, Jo M, Zhang K, Li Y, Zeng Z, Li N, Zu Y, and Qin L. CRISPR -Cas9 delivery to hard-to-transfect cells via membrane deformation. Science Advances. Aug 2015.
[2] Han X, Liu Z, Zhao L, Wang F, Yu Y, Yang J, Chen R and Qin L. Microfluidic cell deformability assay enables rapid and efficient kinase screening via the CRISPR-Cas9 system. Angew. Chem. Int. Ed. May 2016.
[3] Han X, Liu Z, Ma Y, Zhang K and Qin L. Cas9 ribonucleoprotein delivery via microfluidic cell-deformation chip for human T-Cell genome editing and immunotherapy. Advanced Biosystems. Dec 2016.

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