CRISPR/Cas系统递送技术及其应用研究进展

基于CRISPR/Cas的基因编辑系统是近年来研究发展最重要的生物技术之一,其在基因编辑、核酸成像、转录调控、基因检测与疾病诊断、动物模型建立、农作物改良等领域均有十分广泛的应用.本文主要介绍了CRISPR/Cas基因编辑技术的背景与发展历程,梳理了包括纳米载体在内的各类递送技术,总结了该技术应用于疾病治疗的临床前和临床研究进展,简述了CRISPR/Cas在其他更广泛领域的应用,并就该技术面临的挑战、发展趋势和应用前景做了展望.     

CRISPR/Cas9技术及其在转基因动物中的应用

CRISPR/Cas9技术是一种新型的基因组定点编辑技术,具有设计简单、特异性强、效率高及可以在目标位点产生多种类型的编辑结果等特点,适用于在多种细胞中进行大规模的基因编辑。综述了CRISPR/Cas9技术的研究背景、基本原理和研究进展,从靶基因敲除(knock-out)、外源基因整合(knock-in)和目标基因转录沉默(knock-down)等方面总结了CRISPR/Cas9在转基因动物中的应用概况,并对现有的三种基因组定点编辑技术进行了比较。CRISPR/Cas9技术在转基因动物中具有明显的应用优势和良好前景。     

CRISPR/Cas及其衍生编辑技术在基因治疗中的应用进展

基因治疗是指利用基因编辑技术对细胞基因进行“修饰”而达到治疗的目的。CRISPR/Cas的出现为基因编辑提供了简单、高效和多功能的平台,同时,为克服DNA双链断裂产生的不良影响,基于CRISPR/Cas的新型技术,如碱基编辑器（base editors,BE）、Prime Editors（PE）和Cas13效应器,被相继开发出来。目前,CRISPR/Cas及其衍生编辑技术已被广泛应用于动物细胞模型构建、药物靶点筛查和基因功能研究等领域,在基因治疗领域也展现出广阔的应用前景。基于此,简要介绍了CRISPR/Cas及其衍生编辑技术,综述了其在单基因遗传病、肿瘤和其他疾病的基因治疗中的应用进展,并分析了其当下面临的挑战,以期为基因编辑在单基因遗传病、肿瘤和其他疾病治疗领域提供理论参考。     

基因组编辑技术研究新进展

基因组编辑是一种针对目的基因组进行定点改造的技术,其主要方法是通过对目的基因组的改造,从而达到对未知功能基因进行研究和基因治疗的目的。人工核酸内切酶介导的基因组编辑技术是目前应用前景最为广泛的技术,其包括ZFNs、TALENs和CRISPR/Cas技术。本文针对3种不同的基因组编辑技术的原理作了简要介绍,比较分析了它们各自的优缺点,并对不同生物中基因组编辑技术的研究现状进行了总结,对疾病模型动物的建立中的应用作了探讨,同时对该技术在疾病基因治疗中的应用前景进行了展望。     

基于CRISPR-Cas9新型基因编辑技术研究

高效、特异的目标基因组位点修饰一直是基因工程研究的重点和挑战。靶向基因编辑技术不仅能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗诸多疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术的研究取得了重大进展,且逐渐成为基因编辑的主流工具,特别是规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR-Cas9)技术因其靶向编辑目的基因的特异性、高效性和设计的简便性等诸多优点,得到更为广泛的应用。在中国科学院干细胞先导专项的支持下,基因编辑技术攻关团队在进一步改造和应用CRISPR-Cas9技术方面取得了一系列成果,就此进行全方面的总结。     

靶向核酸酶介导基因编辑技术的发展

对目标基因组位点进行靶向修饰一直是基因工程研究的重点。靶向基因编辑技术能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗遗传疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术取得了重大的进展,逐渐成为基因编辑的主流工具。综述了锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)、规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR/Cas)这三大靶向基因编辑系统的原理和研究进展,并讨论了其局限性和未来的发展方向。     

基因编辑技术在β-地中海贫血治疗中的研究

β-地中海贫血(β-地贫)是一种全球性的单基因遗传病，目前针对该病的治疗方法除造血干细胞移植外都是对症治疗，无法达到根治效果。基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病，达到根治疾病的目的。近年，随着基因编辑技术的发展，基因治疗越来越成熟完善，在β-地贫治疗中的应用也变得广泛。目前，基因编辑技术发展经历了4个阶段，分别为ZFN技术、TALEN技术、CRISPR/Cas9技术以及单碱基编辑技术。本综述将总结上述4种基因编辑技术在β-地贫治疗中的原理、研究、优缺点以及局限性，旨在优化β-地贫的治疗策略。     

CRISPR/Cas9系统应用于早期胚胎编辑和基因治疗

CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9)系统具有高效、精确、操作难度较低等特点,是目前应用最为广泛的基因编辑工具。CRISPR/Cas9在构建模式动物突变体研究基因功能和构建人类疾病模型中有大量使用,但是由于相关伦理限制,在人类胚胎中进行基因编辑来探索治疗性胚胎编辑和研究人早期胚胎发育机制的研究发展较慢。人类胚胎发育机制与小鼠等模式动物的早期胚胎发育机制存在较大差异,过往在模式动物上研究的早期胚胎发育机制要在人类胚胎水平进行验证,对人类胚胎利用基因编辑工具进行直接研究越发必要,探索人类早期胚胎发育机制有助于相关发育疾病的研究与治疗。胚胎治疗性基因编辑可以实现对遗传疾病的彻底阻断,目前还处于初步探索时期,但是主要存在潜在脱靶和编辑后形成嵌合体两方面问题。相较而言,出生后个体水平的基因治疗目前发展较为快速,对遗传疾病和艾滋病等血液疾病有应用价值。现对CRISPR/Cas9近年来应用于人类胚胎编辑和基因治疗的内容进行了综述。     

基于CRISPR-Cas9的功能基因筛选研究进展

功能性基因的筛选是探索生物进程、研究疾病发生发展和诠释基因功能的重要方法,在生物、医药、新治疗靶点筛选及肿瘤耐药等方面有广泛的应用。CRISPR-Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat sequences/CRISPR-associated protein 9)技术作为近期热门的基因编辑工具,能够高通量地对基因组进行精准修饰,为实现功能性基因的筛选提供了简便高效的技术支持。文中对CRISPR-cas9技术应用于功能性基因筛选的方法及研究进展进行了综述。     

灵长类动物基因编辑技术研究进展

灵长类动物因与人类在遗传、生理和神经功能上的高度相似性而使其在生物医学研究领域中占有非常重要的地位。构建人类疾病的灵长类动物模型,是研究疾病发病机理和探索潜在治疗手段的重要途径,而通过基因编辑的方法获得灵长类动物模型是研究一些遗传性疾病最可靠的方法。灵长类动物基因编辑技术先后经历了传统的转基因和精准基因打靶两个时代。对近年来灵长类动物基因编辑研究进行综述,重点介绍最新的利用核酸酶技术进行精准基因编辑的研究进展。     

基因编辑技术

基因编辑是指通过核酸酶对靶基因进行定点改造,实现特定DNA的定点敲除、敲入以及突变等,最终下调或上调基因的表达,以使细胞获得新表型的一种新型技术。基因编辑技术已被广泛运用于基因结构与功能的研究和多种细胞的基因工程改造,为疾病模型的建立、动植物新品种的培育及基因治疗等的研究提供新的手段。基因编辑技术主要包括锌指核酸酶技术(ZFN)、转录激活子样效应因子技术(TALEN)和成簇的规律间隔的短回文重复序列/CRISPR相关蛋白 (CRISPR/Cas) 系统等。本文将对3种基因编辑技术的原理、运用及其最新进展进行综述,以期为相关技术及其运用的研究提供参考。     

实验动物替代研究进展

随着科学的进步与实验动物伦理管理的完善,动物实验的减少(reduction)、替代(replacement)和优化(refinement)的3R原则日益被研究人员接受。实验动物替代的方法主要是用低等动物代替高等动物和用组织细胞或用计算机模拟等新方法代替实验动物。生物材料、基因编辑和微型生理系统等新技术,推动了脏器芯片(organ-on-a-chip)和微器官培养(organoid cultures)等3D培养技术在实验动物替代中的应用。与传统方法相比,这些技术不仅可以用于毒理评价,还可以用于建立疾病模型来研究疾病发病过程,在阐明非遗传性疾病和复杂性疾病的发病机制方面具有优势,可以大幅减少实验动物的使用量,具有很好的应用前景。现对实验动物替代发展及其部分进展进行介绍。     

基于基因编辑技术的非人灵长类动物模型构建

非人灵长类疾病模型在生命科学和生物医药领域具有非常重要的地位。近年来,随着经典的靶向核酸酶(ZFNs、TALENs和CRISPR/Cas9)基因编辑技术的出现,科学家已经成功获得了多种人类疾病相关的非人灵长类模型。该文首先介绍了经典基因编辑技术和以此为基础开发的单碱基编辑(base editing, BE)以及先导编辑(prime editing, PE)技术的研究进展,随后对近年来通过不同基因编辑技术获得的非人灵长类疾病模型进行了综述,最后对目前已获得的和正在构建的非人灵长类模型的管理、保种以及动物伦理和福利等方面进行了展望。