新的研究表明，使用CRISPR-Cas9和纠正性短DNA模板来修复患者造血干细胞(hsc)中的镰状细胞突变可能是有效和安全的。

莱斯大学布朗工程学院的生物工程师包刚与德克萨斯儿童医院、贝勒医学院和斯坦福大学合作进行了这项研究。这一发现是由鲍和维维安·希恩领导的一项新研究中的几个发现之一。希恩是贝勒大学的助理教授，也是德克萨斯儿童血液学中心镰状细胞项目的成员。

这项开放获取的研究发表在《牛津学术期刊》上核酸研究．

镰状细胞病影响着大约10万美国人和全世界数百万人，这是一种痛苦且往往致命的遗传性疾病。血红蛋白亚基β(又名-珠蛋白)的单一突变会使正常的圆盘状红细胞变硬，呈典型的“镰刀”状。这些细胞会破坏血管壁，使小血管凝结，停止向组织输送氧气。

如今，一些患有这种疾病的人接受来自匹配的亲属供体的干细胞治疗，研究人员说，只有不到15%的患者可以选择这一选择。一个更好的策略是修改患者自身的造血干细胞和祖细胞(HSPCs)，理论上每个患者都可以选择，因为没有排斥的风险。

理想情况下，从患者骨髓中分离出的干细胞将被基因编辑和测试，化疗将被用来减少患者的干细胞，为编辑过的细胞腾出空间。鲍教授说，校正后的细胞将被移植回病人体内，在那里它们可以增殖并产生健康的血细胞。

在这项新研究中，Bao和他的团队首次在啮齿动物中测试了患者的HSPCs，并证明了来自患者的基因编辑细胞的一部分可以存活并发挥作用约4个月。

这些干细胞来自5名患者的外周血和2名患者的骨髓，均由Sheehan获得。Sheehan实验室对编辑细胞产生的血红蛋白类型进行了表征，并表明基因编辑可以提供足够的保护性和正常血红蛋白来防止镰状细胞，即使在促进镰状细胞的严重缺氧下也是如此。

使用来自化脓性链球菌的野生型Cas9蛋白(靶向并切割特定DNA片段的“剪刀”)进行的早期测试导致干细胞具有高水平的意外DNA编辑。这些脱靶编辑包括可能导致疾病的大量染色体缺失和倒位。

在第二轮测试中，莱斯大学的实验室采用了由整合DNA技术公司(Integrated DNA Technologies)开发的最新“高保真”版本的Cas9。鲍说，这大大减少了脱靶编辑。

并非从镰状突变患者身上分离出的所有干细胞都能通过基因编辑得到修复。根据鲍氏实验室的实验，它最多能固定40%。在另外50%的细胞中，DNA被切割而没有被正确的DNA模板修复，但这似乎促进了干细胞中胎儿血红蛋白(HbF)的表达，这是一种由不同的基因产生的类型，不携带镰状突变，通常在出生后几个月就会被关闭。

胎儿血红蛋白可以抑制镰状细胞病的影响。Bao怀疑，如果编辑细胞中胎儿血红蛋白的表达持续存在，来自患者的90%的干细胞要么会固定镰状突变，要么会被胎儿血红蛋白阻止镰状突变。

鲍说:“我们的希望是，如果我们从病人的骨髓中取出一小部分HSPCs并破坏剩下的，然后编辑HSPCs并将它们送回，基因校正和表达hbf的细胞的结合将足以治愈这种疾病。”

他说，10%的干细胞继续产生镰状细胞不应该是一个大问题。“好消息是，正常红细胞的寿命大约是镰状细胞的9倍，”包说。“这意味着随着时间的推移，大多数红细胞将成为正常细胞。这是我们希望看到的情况。”

研究人员还不知道减少-珠蛋白以提高胎儿血红蛋白水平是否会带来长期的好处，或者它是否有诱发-地中海贫血的风险，这是一种血液疾病，会减少血红蛋白的产生。“这是有风险的，我们需要更好地了解它，”包说。

目前还不清楚必须编辑多少干细胞才能为患者提供长期缓解。他说:“我们不知道经过基因校正的造血干细胞中有多少比例可以有效治疗镰状细胞病。”“有些人说只有几个百分点，有些人说5-10%。我猜5%左右就足够了，但确切的比例只有通过临床试验才能确定。”

鲍说，通往人体试验的道路可能还需要一些时间。“技术方面，我们已经准备好进行临床试验，”他说。“但仅仅是获得试验批准就需要大量资源。我们需要收集数据并做更多的实验来解决安全问题。”