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遠慕新聞:細胞&基因治療?其實是載體治療!

提供者:上海遠慕生物科技有限公司   發布時間:2019/10/8  閱讀次數:33次   進入該公司展臺

無論是什么藥物在人體中起作用都分兩步:delivery和function。我們所說的細胞&基因治療更加需要精準的delivery和強大的function。如何將目的基因或者細胞安全有效地傳送到人體內成為細胞和基因治療第一個要突破的重要瓶頸。今天我們就來簡單總結一下各個重要載體的異同。

病毒和非病毒載體

目前的基因&細胞治療主要采用病毒和非病毒兩種載體形式。根據數據統計,使用非病毒載體進行臨床實驗的項目大約占目前基因&細胞治療總數量的36.6%;其主要載體形式有質粒和脂質體等。而大部分的基因&細胞治療項目都是采用病毒作為載體形式。

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圖1:1989-2017年間臨床實驗中所用到的各種載體的個數及占比。(圖片來源:The Journal of Gene Medicine)

非病毒載體

脂質體:

1987年,Felger首先使用脂質體作為載體介導基因進入細胞。脂質體一般帶有極性疏水基團,該基團能夠保證脂質體分散在水介質中形成雙層脂質結構,同時將氨基酸基團暴露于水介質中。脂雙層結構與細胞的雙層膜結構類似,有利于脂質體復合物經過細胞吞噬作用進入細胞。第一個被批準作用于人體的脂質體是DC-Chol/DOPE。大多數應用于基因治療的脂質體都是陽離子脂質體。其優點是自身帶有的正電荷更有利于通過胞吞作用進入細胞,可以在近端腫瘤組織中高表達。但是由于脂質體本身代謝時間較快,很難表達在遠端腫瘤細胞中。同時,有研究指出陽離子脂質體具有細胞毒性,因此其在基因/細胞治療中的安全性也應重點考慮。

裸質粒:

使用裸質粒作為載體是基因治療常用的手段之一。截止到2017年,全球范圍內使用裸質粒作為載體的基因治療臨床試驗共有442個。與病毒載體相比,裸質粒在安全性上更有優勢,比如其免疫原性、毒性更低,同時不存在基因整合的風險。另外,質粒的生產、運輸和儲存的成本也較低,更有利于商業化生產開發。但是由于質粒本身的順轉體系問題,其穩定性遠不如病毒載體體系,從而制約了質粒作為載體的有效性。

病毒載體


圖2:近年來,使用慢病毒及腺相關病毒的進行基因/細胞治療的比例大幅上升。(數據來源:clinical trials)

逆轉錄病毒:

逆轉錄病毒是單鏈RNA病毒,在宿主細胞內直接被當做mRNA合成早期蛋白,同時依賴RNA聚合酶合成雙鏈,再轉錄成后來的致病mRNA。由于逆轉錄病毒能夠隨機插入宿主細胞基因組并穩定整合,它被廣泛用于基因治療中,并取得很大的成功。但其缺點也很明顯。由于其傾向于插入基因第一個內含子和轉錄起始位點,它相對慢病毒更容易引起插入性隨機突變。在1997年,倫敦醫生嘗試用逆轉錄病毒,莫羅尼小鼠白血病病毒,治療X染色體上的IL2RG基因突變缺陷導致的X連鎖重癥聯合免疫缺陷癥(SCID-X1),然而,由于其插入和破壞的基因變成了人類基因LMO2(LIM domain only 2)導致基因的異常激活,從而引發數例白血病。這次的事件也與1999年腺病毒治療Jesse Gelsinger導致死亡的事件一齊成為基因治療歷史上的兩大事故。這兩起悲劇無時無刻不提示人們對于病毒載體安全性的思考和關注。

慢病毒:

相比之下,慢病毒因無嚴重的臨床事故出現成為目前最安全的病毒載體選擇之一。慢病毒屬于逆轉錄病毒科,但擁有比γ-逆轉錄病毒更為復雜的基因組。來源上來說,慢病毒分為人免疫缺陷病毒(HIV-1),猴免疫缺陷病毒(SIV)和馬傳染性貧血病毒(EIAV)三種。目前使用較多的是來源于HIV的慢病毒載體。慢病毒載體具有能感染非分裂期細胞、容納外源性目的基因片段大、穩定性強、免疫原性小等特點。大量研究表明,相對其他病毒載體,慢病毒感染效率高,更容易感染一些較難感染的組織和細胞,其效率一般可以達到30%-95%以上。相比于腺病毒以及腺相關病毒,慢病毒容量更大,能攜帶更大、更復雜的基因組,并且具有整合轉基因到宿主基因組的能力使產物穩定和長期的表達。

目前我們使用的慢病毒載體包裝系統將gag、pol基因與rev或env基因分別構建在不同的質粒上,并且在病毒基因組的3'LTR引入缺失以產生自失活(SIN)慢病毒載體,破壞LTR的啟動子/增強子活性,進一步提高了安全性,并降低致癌風險。

所以,對于目前的基因/細胞治療來說,慢病毒通常是首選的載體之一。尤其是在CAR-T治療領域,慢病毒的應用非常普及,遠遠多于其他載體。

腺相關病毒:

腺相關病毒(AAV)作為最安全的病毒載體之一也是最早用于基因治療的病毒載體。2016年2月,AAV載體制造之父,賓夕法尼亞州大學基因治療研究所的James Wilson 教授利用AAV治療罕見代謝尿素循環系統障礙。該病是由鳥氨酸轉氨甲酰酶(OTC)缺失導致的。當該酶系中一種酶丟失或者缺陷,氨就會積累在血液中,循環至大腦,最終嚴重損傷大腦。據報道每40000名出生嬰兒中就有一名患有OTC的缺失。James Wilson團隊用AAV8血清型載體將作為剪切工具的核酸酶Cas9特異性導入肝細胞中。另一個載體將gRNA帶到特異性DNA靶位點,從而達到定點突變。

AAV作為基因治療非常重要的載體之一,是目前唯一一個NIH評級為RG1的病毒載體,迄今從未發現野生型AAV致??;重組AAV去除了野生型AAV基因組的96%,進一步保證了安全性;由于AAV不插入基因組,因而沒有致癌性;其本身的免疫原性又基本不會引起免疫排斥,相對其他病毒優勢非常明顯。但同時,由于AAV的包裝容量過小,對基因大小限制較多,其應用場景有限。而且,使用AAV作為載體的基因治療需要消耗大量的病毒,并可能需要多次注射,如何降低生產成本也成為目前各方關注的焦點。

除了以上兩種主流病毒之外,在基因治療領域,腺病毒、溶瘤病毒也都有其一席之地,因篇幅所限,在這里我們不展開討論。

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