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Nature重磅:AAV遞送CRISPR,體內(nèi)改造B細(xì)胞,產(chǎn)生廣泛中和抗體治療艾滋病

 子孫滿堂康復(fù)師 2022-06-22 發(fā)布于黑龍江

來源:生物世界 2022-06-22 11:22

這項研究成果仍是令人興奮,它表明直接基因編輯B細(xì)胞從而產(chǎn)生特異性廣泛中和抗體(bNAbs)將成為缺乏有效疫苗的傳染性疾病的潛在治療方案。
艾滋病(AIDS),即獲得性免疫缺陷綜合征,是一種由人類免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的危害性極大的傳染病。HIV 病毒把人體免疫系統(tǒng)中最重要的 CD4+T 細(xì)胞作為主要攻擊目標(biāo),大量破壞該細(xì)胞,經(jīng)過數(shù)年、甚至長達(dá)10年或更長的潛伏期后發(fā)展成艾滋病病人,使人體喪失免疫功能,因抵抗力極度下降會出現(xiàn)多種感染,后期常常發(fā)生惡性腫瘤,以至全身衰竭而死亡。
在過去的幾十年里,何大一等人提出的“雞尾酒療法”等聯(lián)合治療方案使得艾滋病成為了一種相對可控的慢性疾病,HIV 感染患者的存活時間和生活質(zhì)量也得到了極大的改善。然而,這些療法只能抑制患者體內(nèi)的 HIV 病毒,而不能徹底清除,因此也就無法治愈。
 
據(jù)聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署數(shù)據(jù),目前全球范圍內(nèi)現(xiàn)存HIV攜帶者和艾滋病患者人數(shù)高達(dá)3800萬人,且數(shù)量仍在快速增長中。
近日,以色列特拉維夫大學(xué)的研究人員在 Nature Biotechnology 期刊上發(fā)表了題為:In vivo engineered B cells secrete high titers of broadly neutralizing anti-HIV antibodies in mice 的研究論文。
該研究使用兩種腺相關(guān)病毒載體(AAV)同時遞送 CRISPR-Cas9 基因編輯系統(tǒng)靶向免疫球蛋白基因的修復(fù)模板,直接編輯小鼠內(nèi)源 B 細(xì)胞的免疫球蛋白基因位點(diǎn),有效地在體內(nèi)修飾 B 細(xì)胞,使之能產(chǎn)生針對 HIV 病毒的中和抗體,讓一次性注射治療艾滋病成為可能。
 
多年以來,科學(xué)家們在治療 HIV 感染時一直面臨一個十分棘手的問題——HIV 在人體中變異迅速,極易產(chǎn)生耐藥性。令人興奮的是,2011年 Michel Nussenzweig 團(tuán)隊在一名 HIV 感染者體內(nèi)分離出了一種 HIV 廣泛中和抗體——3BNC117。
然而,盡管針對 HIV 的強(qiáng)效、廣泛中和抗體(bNAb)可以保護(hù)機(jī)體免受感染,但眾多的艾滋病候選疫苗的臨床試驗最終無一不以失敗告終,這提示我們想要通過傳統(tǒng)的免疫方法實現(xiàn)對 HIV 的免疫是十分困難甚至是不可能的,必須走出新的道路。
對此,如果能通過 CRISPR 技術(shù)直接編輯免疫球蛋白基因來重編程體液免疫,使之產(chǎn)生靶向特定病原體(如HIV病毒)的中和抗體,那將是一種里程碑式的革新。
在這項最新研究中,研究團(tuán)隊設(shè)計了兩種重組腺相關(guān)病毒(AAV):一種編碼 CRISPR-Cas9 基因編輯系統(tǒng),包括 CMV/SFFV 啟動子驅(qū)動的 SaCas9 和 U6 啟動子驅(qū)動的 sgRNA;另一種編碼靶向免疫球蛋白基因的 HIV-bNAb-3BNC117 同源性定向修復(fù)模板(HDRT)

兩種重組腺相關(guān)病毒遞送CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)和HDRT

研究人員使用各種 HIV 包膜糖蛋白(Env)為基礎(chǔ)的免疫原免疫小鼠,以擴(kuò)大激活細(xì)胞的數(shù)量,6天后通過靜脈注射將這兩種重組 AAV 地送到小鼠體內(nèi)。經(jīng)過幾次相同的 HIV-Env 增強(qiáng)免疫后,小鼠的血清中開始表達(dá)廣泛中和抗體,并且可以中和 3BNC117 敏感的 HIV 毒株。
免疫小鼠產(chǎn)生3BNC117
緊接著,研究團(tuán)隊通過高通量測序分析了基因編輯效果。正如預(yù)期的那樣,早期可在小鼠的肝臟和血液中發(fā)現(xiàn) AAV 基因組的強(qiáng)烈富集,隨著時間的推移,在肝臟中 AAV 拷貝數(shù)減少,而在免疫小鼠的淋巴結(jié)和骨髓中增加,這表明在這些組織中B細(xì)胞克隆擴(kuò)增正在進(jìn)行。

注射AAV后130天,在免疫小鼠的淋巴組織中發(fā)現(xiàn)了體內(nèi)工程B細(xì)胞

研究小組還通過 CHANGE-seq 評估了脫靶編輯的程度,結(jié)果顯示,95%的 Cas9 誘導(dǎo)的切割是靶標(biāo)特異性的,并且所有主要脫靶編輯位點(diǎn)都位于基因間或內(nèi)含子區(qū)域。
為了防止在在細(xì)胞中的脫靶編輯,研究團(tuán)隊等將驅(qū)動 Cas9 表達(dá)的 CMV/SFFV 啟動子替換為B細(xì)胞特異性 CD19 啟動子。除此之外,他們還將編碼 gRNA 的元件轉(zhuǎn)移到含 HDRT 的 AAV 中,這樣只有同時轉(zhuǎn)導(dǎo)了兩種 AAV 的細(xì)胞才能被編輯。這種新設(shè)計在保持編輯效率和血清抗體水平的同時,顯著降低了肝臟中的 Cas9 表達(dá)和非特異性切割。

脫靶切割分析顯示了較高的安全性

總而言之,這項研究開發(fā)了一種實現(xiàn) HIV 免疫的新方法——通過 CRISPR 技術(shù)直接編輯免疫球蛋白基因來重編程體液免疫,誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生對抗 HIV 的廣泛中和抗體——3BNC117,中和 3BNC117 敏感的 HIV 毒株。
研究模式圖
當(dāng)然,這項技術(shù)的實現(xiàn)還存在許多障礙:抗體滴度仍要更高、更穩(wěn)定才能確保治療效果和減少免疫接種次數(shù);需要結(jié)合多種互補(bǔ)的廣泛中和抗體(bNAbs)提高對 HIV 的免疫預(yù)防;在沒有加強(qiáng)免疫的情況下,這些抗體反應(yīng)是否持續(xù)尚不清楚;以及最重要的安全性問題,是否會引起不良免疫反應(yīng),是否會導(dǎo)致 AAV 染色體隨機(jī)整合驅(qū)動的致癌事件。
盡管如此,這項研究成果仍是令人興奮,它表明直接基因編輯B細(xì)胞從而產(chǎn)生特異性廣泛中和抗體(bNAbs)將成為缺乏有效疫苗的傳染性疾病的潛在治療方案。研究團(tuán)隊表示,預(yù)計在未來幾年內(nèi),將能以這種方式生產(chǎn)治療艾滋病、其他傳染病和某些由病毒引起的癌癥(如宮頸癌、頭頸癌)的藥物。

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