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今天下午,诺贝尔基金会宣布,最近几年火热的CRISPR基因编辑系统斩获本年度的诺贝尔化学奖,做出卓越贡献的Emmanuelle Charpentier教授和Jennifer Doudna教授分享这一殊荣。; m1 j& r% c8 O$ M( ~
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图1. 2020年诺贝尔化学奖得主7 g" Y; a% ] Z% t
6 y3 z" B: `3 s1 g' v图片来源:参考资料1
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$ k' t2 p r' i4 C% J( E上图为获得2020年诺贝尔化学奖的两名科学家,CRISPR技术自问世以来,就一直被诺奖候选的光环所围绕。华裔科学家张锋是将CRISPR技术付诸应用的第一人。为了CRISPR的专利归属权,Doudna和Charpentier曾与华裔科学家张锋对簿公堂,本次张锋却与诺奖失之交臂,令人唏嘘。
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2 F/ v8 E6 p) W* N什么是基因编辑+ |6 F# F4 d f0 L1 z- v- |. o! g
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基因编辑是最近的一项重大发现,通过一套CRISPR-Cas9系统,科学家可以对基因上的序列信息进行编辑。比如说,某个疾病是由于一个基因突变导致的,那么我们可以通过一定方式将这个基因错误的序列给改过来。除去直接修改基因序列,我们还可以将某个基因精准地敲除掉,或者添加序列以改变基因的功能。
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2 @1 _: [6 B" M8 }目前基因编辑技术已经进步到“单碱基”基因编辑,这已经是非常精确了,可以大大地降低基因编辑的脱靶效应,避免编辑的时候修改了不应该修改的基因。
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任何新的技术突破,都会首先被应用到肿瘤的治疗方面,毕竟肿瘤是一个大病,而且全球有近千万患者等着更新的治疗措施。01
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T+ ~+ t1 v8 j; B- d) z什么是基因编辑, \# S, c! s7 L0 \$ ^, ^
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基因编辑是最近的一项重大发现,通过一套CRISPR-Cas9系统,科学家可以对基因上的序列信息进行编辑。比如说,某个疾病是由于一个基因突变导致的,那么我们可以通过一定方式将这个基因错误的序列给改过来。除去直接修改基因序列,我们还可以将某个基因精准地敲除掉,或者添加序列以改变基因的功能。* \7 q2 R( N& h) M6 c
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目前基因编辑技术已经进步到“单碱基”基因编辑,这已经是非常精确了,可以大大地降低基因编辑的脱靶效应,避免编辑的时候修改了不应该修改的基因。! Q! \' R$ J: i6 d8 @" I% d- `
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任何新的技术突破,都会首先被应用到肿瘤的治疗方面,毕竟肿瘤是一个大病,而且全球有近千万患者等着更新的治疗措施。1 v/ w$ E; O1 d& j
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4 _# R4 L6 \9 p$ |6 {图2. 基因编辑应用在肿瘤研究的报道越来越多$ U: U- D1 a+ _
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图片来源:参考文献4# o- s8 ?( S6 K1 L7 h4 G
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% S2 G; c* T* H8 o& ^! o& R3 \% z* r如上图,基因编辑应用在肿瘤诊断和治疗应用的研究论文越来越多,在多种肿瘤都有相关的研究报道。
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基因编辑在肿瘤治疗中的应用$ r: u( y% i, R3 T w$ C# I! H
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3 k, E" O: s8 q0 E. B# f基因编辑技术诞生以来,很多肿瘤学家开始思考将这个技术应用于新药开发,或者具体的治疗过程。 C$ [3 y6 {" Z3 l6 n3 i% J
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图3. CRISPR-Cas9在癌症治疗中的应用潜力
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. z1 a5 [9 d/ K. o, z3 G图片来源:参考文献54 U* d8 z6 [7 ^9 x. Q% X Q
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如上图所示,基因编辑技术应用在肿瘤治疗的潜力非常巨大,比如可以进行癌细胞基因组的编辑,以发现哪些基因对肿瘤的发展或转移比较重要。此外还可以用来对付引发癌症的病毒感染,各种肿瘤模型的构建。当然最重要的是可以进行新抗癌药物的研发。此外对于现有的肿瘤治疗措施,也可以通过基因编辑来增强和改进。
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# w9 A/ {3 J# e3 `, _8 i, N图4. 基因编辑技术可以用来鉴定影响肿瘤进展和转移的基因+ d1 D$ k K1 Q) l$ a
9 i5 U- Z t0 Z5 o2 K+ n0 H图片来源:参考文献2. [/ ^9 T. D/ G2 J% A4 V
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7 y$ S/ C; ?0 b5 A7 d& j6 F8 G如上图所示,每一种癌症的基因突变是不同的,那么参与肿瘤发展和转移的基因也不一样。为此我们可以通过基因编辑的技术来筛选那些基因是关键的,如果通过实验确定了关键的基因,那么就可以针对这些基因研发药物以治疗肿瘤。; N7 }( t3 ~! v
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! I/ m% Y. z0 H& E4 f# Q对于目前大火的PD-1治疗,基因编辑技术也可以大显身手。大家了解免疫细胞表达PD-1蛋白,而肿瘤细胞表达PD-L1蛋白,当免疫T细胞识别出了肿瘤细胞准备攻击时,PD-1和PD-L1两个蛋白相互识别阻止了免疫T细胞的攻击,所以使用药物来阻断这两种蛋白的结合。实际上我们也可以通过基因编辑的技术来促使免疫细胞攻击肿瘤。
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/ {: T- _, @! ?( ~+ Y1 ?图5. CRISPR / Cas9作为治疗癌症的工具! A& n* L g0 ]+ j" G, r
( {+ p7 z! u9 J图片来源:参考文献2
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如上图所示,我们通过基因编辑的技术,将T细胞的PD-1蛋白敲除掉,然后再进行大量扩增免疫T细胞,回输入到患者身体,这个时候肿瘤细胞表达多少PD-L1也不用怕了,因为免疫T细胞已经没有PD-1蛋白了。可以增加免疫系统击杀肿瘤的能力。
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图6. 使用CRISPR / Cas9进行肿瘤治疗的注册临床试验% c1 m7 |$ F, f; H9 T0 i' J
0 R+ @" R1 L1 v$ d4 G/ d% n) f图片来源:参考文献26 n. e6 x r1 ^$ d
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上图为近期的一些临床研究,这些临床研究都利用基因编辑的技术来增强治疗肿瘤的效果。. u0 f* Q H# \
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癌度带大家回顾一下,我们将传统放化疗比作肿瘤治疗的1.0时代,那么靶向治疗和免疫治疗将分别属于2.0时代、3.0时代。而基于基因编辑技术的肿瘤治疗时代将是4.0时代。相比靶向治疗、PD-1等免疫治疗带给我们的惊喜,基因编辑技术对肿瘤治疗而言更是具有无限潜力和想象力。基于这一技术,会有更多更新的治疗药物和治疗理念出现,真正助益到肿瘤患者。2 {6 O, l3 \: E
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我们相信,总有一天会将肿瘤控制为慢性疾病。
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