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來源：生物世界
造血干細胞（HSC）存在于我們的骨髓中，它們通過自身的自我更新能力在骨髓中分裂產(chǎn)生血液和免疫系統(tǒng)的所有細胞。造血干細胞移植（HSCT），是用健康的造血干細胞替代患病的造血干細胞，可以治療非惡性造血疾病，例如血紅蛋白病和免疫缺陷。非惡性造血疾病可以用同種異體造血干細胞（來自患者的親屬或無血緣關(guān)系的人）移植治愈，但只有一小部分患者有合適的免疫配型，以盡量減少移植物抗宿主?。℅vHD）的潛在致命并發(fā)癥。
基因治療可以通過使用自體造血干細胞（來自患者自身）消除GvHD的風(fēng)險并糾正非惡性造血疾病，并通過基因?qū)牖蚧蚓庉媮硖娲z傳缺陷。目前的造血基因治療需要從患者自身分離造血干細胞，并在體外通過慢病毒遞送載體或使用電穿孔技術(shù)進行基因?qū)牖蚧蚓庉?。除了這些復(fù)雜的流程外，移植前還需要通過化療或放療消除患者體內(nèi)自身的造血干細胞，為接下來的移植造血干細胞提供空間，這一過程會帶來大量急性或慢性全身毒性作用。因此，研究人員一直在尋找造血干細胞基因治療的圣杯——安全的在體內(nèi)進行造血干細胞基因組編輯。
2023年7月27日，賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院、賓夕法尼亞兒童醫(yī)院的研究人員在 Science 期刊發(fā)表了題為：In vivo hematopoietic stem cell modification by mRNA delivery 的研究論文。
研究人員開發(fā)了CD117/LNP-mRNA平臺，使用CD117抗體修飾脂質(zhì)納米顆粒（LNP）表面，使其特異性靶向造血干細胞（HSC），使用該平臺遞送mRNA形式的腺嘌呤堿基編輯器（ABE），能夠高效修正鐮狀細胞病基因突變。此外，注射CD117/LNP遞送促凋亡蛋白PUMA的mRNA，能夠通過靜脈注射直接在體內(nèi)靶向并導(dǎo)致造血干細胞（HSC）凋亡，實現(xiàn)對造血干細胞移植（HSCT）前的無遺傳毒性的調(diào)控，該平臺為體內(nèi)基因編輯治療遺傳性疾病奠定了基礎(chǔ)。
諾貝爾化學(xué)獎得主、CRISPR基因編輯技術(shù)奠基人之一的 Jennifer Doudna 教授認為，要想實現(xiàn)CRISPR的全部潛力，面臨的最大挑戰(zhàn)可以說是改善體內(nèi)遞送。這對于開發(fā)可負擔(dān)的和可獲得的基因編輯療法非常重要。今年4月份，她的團隊發(fā)表了一份預(yù)印本論文【2】，展示了利用包膜遞送載體（EDV）進行細胞特異性遞送，從而實現(xiàn)體外和體內(nèi)的基因組編輯。為了使CRISPR成為已知的所有疾病的標(biāo)準(zhǔn)治療方法，我們需要能夠精確地靶向更多的細胞和組織類型。
在這項發(fā)表于 Science 的最新研究中，研究團隊使用脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送mRNA形式的Cas9基因編輯系統(tǒng)，通過在LNP上裝載CD117抗體，靶向造血干細胞（HSC）表面的CD117。
實際上，這項研究是建立在2022年1月份 Science 發(fā)表的一項研究的基礎(chǔ)上【3】，在這項研究中，賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種在體內(nèi)生成的瞬時工程化CAR-T細胞療法，通過注射脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送的mRNA，重編程T細胞，使其識別心臟纖維化細胞，進而減少纖維化，恢復(fù)心力衰竭小鼠模型的心臟功能。
該方法類似于mRNA疫苗，僅需一次注射，就能在體內(nèi)生成CAR-T細胞療法，有望解決目前CAR-T療法工藝復(fù)雜、周期長、價格高昂的難題。
這種LNP-mRNA方法的美妙之處在于它是一個高度模塊化的平臺，我們能夠?qū)NP進行修飾，使其靶向特定細胞類型，還可以修改其攜帶的mRNA，從而設(shè)計出個性化且更具安全性的新療法。
以LNP為基礎(chǔ)的遞送面臨的主要限制是它很容易向肝臟富集，在對于治療肝臟相關(guān)疾病是一個優(yōu)點，例如遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR）、家族性高膽固醇血癥（HeFH）等等。但對于肝外遞送，這就成了一大障礙。在這項研究中，研究團隊通過將CD117抗體結(jié)合到LNP表面，提高其對造血干細胞（HSC）的靶向效率。
在體外驗證實驗中，LNP可以將各種基因編輯系統(tǒng)遞送到造血干細胞中，而CD117/LNP系統(tǒng)遞送的腺嘌呤堿基編輯系統(tǒng)（ABE），對鐮狀細胞病基因突變的修正超過目前作為金標(biāo)準(zhǔn)的電穿孔技術(shù)。
體外造血干細胞基因工程（左）與體內(nèi)造血干細胞基因工程（右）的比較
接下來，研究團隊在小鼠模型中進行了體內(nèi)實驗驗證。研究團隊使用CD117/LNP遞送了促凋亡蛋白PUMA的mRNA，PUMA是p53上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)因子，能夠讓細胞發(fā)生凋亡。通過這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對骨髓中造血干細胞的特異性清除，有望取代造血干細胞移植前的放化療，減少毒副作用。
傳統(tǒng)上，CAR-T細胞是通過基于逆轉(zhuǎn)錄病毒或慢病毒的方法進行的，這種方法會產(chǎn)生更持久的CAR-T細胞，癌癥患者在接受治療超過10年時間后仍顯示出持續(xù)療效。而這項最新研究所開發(fā)的新方法的應(yīng)用之一是在造血干細胞移植前的放化療清髓處理，只需要注射LNP-mRNA就能夠?qū)崿F(xiàn)特異性清除骨髓中的造血干細胞，而且這種方式是瞬時的，達到效果后，LNP和mRNA會降解掉。
總的來說，該研究開發(fā)了一個LNP-mRNA技術(shù)平臺，通過靜脈注射LNP將mRNA遞送到骨髓中的造血干細胞，促進基因編輯和骨髓移植。無需傳統(tǒng)復(fù)雜且危險的骨髓移植方法，就能在患者體內(nèi)編輯造血干細胞，這為許多遺傳疾病帶來了新的希望。
論文鏈接：
1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade6967
2. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.08.24.505004v2