Отзыв Эмили Хендерсон, бакалавр наук 4 мая 2020 года

Сегодня Институт биологического вдохновения Wyss при Гарвардском университете и Cytosurge AG, компания, производящая уникальные высокоточные нанотехнологические инструменты, объявили, что будут совместно исследовать основанные на CRISPR подходы, чтобы более эффективно вводить множественные правки в геном одного клетки, минимизируя токсичность, связанную с CRISPR. Эта возможность может стать инструментом для продвижения вперед разнообразных крупномасштабных усилий, таких как разработка клеточных линий для фармацевтического, клинического и биотехнологического применения, трансплантируемых иммуносовместимых органов свиньи и воскрешение вымерших видов.

Система CRISPR с ее способностью точно манипулировать последовательностями ДНК клеток для восстановления дисфункциональных генов и изменения судьбы клеток и признаков целых организмов, обладает огромным потенциалом для лечения заболеваний и понимания биологии, лежащей в основе нормальной и связанной с болезнью болезни. черты. Однако ключевые проблемы, такие как клеточная токсичность, вызванная повреждением ДНК клетки вследствие неспецифической активности фермента CRISPR-Cas9, а также стресс и токсичность, вызванные внутриклеточной доставкой реагентов для редактирования, еще предстоит решить. Эти проблемы усиливаются в тех случаях, когда необходимо внести многочисленные изменения в геном отдельной клетки, чтобы спроектировать пересаживаемые ткани или моделировать сложные заболевания и встать на пути использования полного потенциала системы CRISPR.

Особенно, когда речь идет о манипуляциях с клетками целыми наборами правок генома в более комплексных подходах, нам все еще необходимо улучшить нашу способность поддерживать жизнеспособность и здоровье клеток, а также зачитывать успех и эффекты, которые редактирует каждый человек. есть. Платформа Cytosurge для манипулирования клетками с возможностями инъекции и отбора проб клеток, которые сами по себе не наносят вреда клеткам, предлагает нам точку входа в этот сложный анализ и может помочь нам значительно расширить потенциал мультиплексирования системы CRISPR в долгосрочной перспективе ».

Джордж Чёрч, доктор философии, член-основатель основного факультета Института Висс и руководитель его области синтетической биологии

Черч также является профессором генетики в Гарвардской медицинской школе (HMS) и медицинских наук и технологий в Гарварде и Массачусетском технологическом институте (MIT). Разработка технологии CRISPR долгое время была в центре внимания его исследовательской группы в Институте Wyss и HMS с многочисленными прорывами в области редактирования генома, что также привело к созданию нескольких стартап-компаний, включая Editas Medicine и eGenesis, которые в настоящее время разрабатывают генная терапия и решения по пересадке органов для нерешенных медицинских проблем.

При CRISPR-опосредованном редактировании генома программируемые CRISPR-Cas9 и связанные с ним ферменты направляются к специфическим последовательностям в геноме с помощью коротких «направляющих РНК» (gRNAs) и используют свою активность в отношении эндонуклеазы ДНК для разрезания двойной цепи ДНК с хирургической точностью , При наличии частично гомологичной «матрицы репарации ДНК» естественный механизм «направленной гомологии репарации» клетки может затем записывать изменения, содержащиеся в матрице, в геном. Хотя работа в ряде исследовательских лабораторий значительно повысила эффективность и точность CRISPR-опосредованного редактирования генома на отдельных последовательностях-мишенях, введение большого количества правок в клетки остается трудным препятствием. Редактирование генома с высокой степенью мультиплексирования создает определенные проблемы, возникающие из-за токсичности, вызванной повреждением ДНК (генотоксичность) при многократном редактировании, и токсичности по отношению к другим частям клеток, вызванной современными методами доставки CRISPR (цитотоксичность). Этот практический предел сегодня не позволяет исследователям создавать инженерные клетки с высоко мультиплексированными рНК, например, развивать сложный признак, который находится под контролем многих генов, или моделировать сложное генетическое заболевание.

Научно-исследовательское сотрудничество между Институтом Вайсса и Cytosurge, возглавляемое Суфианой Абулхаудой, доктором философии. Кандидат, работающий с Черчем, и научный сотрудник Института Висса Дэвид Томпсон, доктор философии в Институте Висс, изучат последствия введения целых коллекций рРНК в отдельные клетки путем использования технологии Cytosurge FluidFM.

Серия FluidFM BIO сочетает в себе самый маленький в мире шприц с чувствительной обратной связью по силе и легким управлением по принципу «укажи и щелкни». Это позволяет ему надежно и осторожно вводить материал в клеточную плазму или ядро, сохраняя при этом клетки живыми и неповрежденными. FluidFM позволит исследователям точно ввести энзиматический фермент CRISPR-Cas9 и несколько рНК в определенных концентрациях – и в измеряемых объемах – в цитоплазму или ядра отдельных клеток. Множественные рРНК могут быть введены одновременно или уложены в несколько циклов. На более позднем этапе могут быть проанализированы полученные клеточные линии или клеточный материал может быть извлечен из отдельных клеток для анализа отдельных клеток, включая мРНК, которые транскрибируются с отредактированных генов.

Генеральный директор Cytosurge, Pascal Behr, Ph.D., с нетерпением ждет сотрудничества: «Мы гордимся этим новым сотрудничеством с Институтом Висс и группой Джорджа Черча. Как отделение швейцарского университета компании, мы придерживаемся той же позиции, что и институт Висса, в отношении своей исследовательской стратегии, ориентированной на приложения. Возможность расширить границы генной инженерии и системы CRISPR очень интересна и мотивирует нас как компанию. Поэтому мы с нетерпением ожидаем возможности новых научных открытий и, в конечном итоге, улучшения самочувствия пациентов в будущем путем объединения возможностей нашей технологии FluidFM, а также опыта и видения наших партнеров в институте Wyss. "

Таким образом, посредством систематического анализа маркеров жизнеспособности клеток и изменений экспрессии генов, вызванных наноинъекцией гРНК в отдельные клетки, целью сотрудничества является разработка улучшенных стратегий доставки для нескольких рРНК и обнаружение правил, которые помогают минимизировать токсичность, связанную с к системе CRISPR и методам манипуляции с клетками, одновременно обеспечивая эффективное мультиплексное редактирование генов.

«Это сотрудничество между Джорджем Черчем и его командой на платформе синтетической биологии Института Висс и Cytosurge могло бы помочь устранить главный блокпост в области инженерии генома CRISPR и, в случае успеха, позволить исследователям реинжинирировать клетки и ткани таким образом, чтобы до Теперь это было невозможно », – сказал директор-основатель Института Висса Дональд Ингбер, доктор медицинских наук, профессор, который также является профессором по биологии сосудов Джуды Фолкман в HMS и Программе по биологии сосудов в Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии в Гарвардская школа инженеров и прикладных наук им. Джона А. Полсона.