醫學魔改大(big)師玩跨界，CRISPR遇見分子診斷_南京天纵易康生物科技股份有限公司

醫學魔改大(big)師玩跨界，CRISPR遇見分子診斷

發布時(hour)間：2022-01-19

引言

2020年，瑞典皇家科學院将諾貝爾化學獎授予Jennifer Doudna教授Emmanuelle Charpentier博士以(by)表彰她們(them)在(exist)CRISPR/Cas9基因編輯方法上(superior)所做出(out)的(of)貢獻。得益于(At)此，基因療法随之大(big)放異彩，在(exist)很短的(of)時(hour)間内完成了(Got it)由基礎理論到(arrive)初步科學驗證，再到(arrive)實際應用(use)的(of)快速發展。但這(this)一(one)科學技術卻也一(one)直伴随着争議的(of)聲音，給人(people)無限遐想的(of)同時(hour)，也帶來(Come)一(one)些隐憂。瑕不(No)掩瑜，這(this)些暫時(hour)的(of)争議阻擋不(No)了(Got it)人(people)類對于(At)這(this)一(one)充滿潛力的(of)新技術擴展應用(use)的(of)嘗試。近年來(Come)，以(by)基因編輯而聞名的(of)生(born)物技術正被用(use)于(At)開發便攜式、家庭式的(of)傳染病和(and)癌症測試等分子診斷領域。CRISPR/Cas的(of)神秘面紗正在(exist)被緩緩揭開。

安永生(born)命科學與醫療健康行業課題組對話專家，帶你走近：CRISPR/Cas基因編輯遇見分子診斷。

專家介紹

張明東博士

現任波士頓科學亞太區首席醫務官及醫學事務和(and)衛生(born)經濟副總裁

前美國(country)食品藥政管理局醫務官和(and)流行病學家

曾任職香港中文大(big)學醫學院教授

美國(country)國(country)立衛生(born)研究院國(country)立癌症研究所博士後

美國(country)貝樂醫學院分子病毒學博士

“CRISPR/Cas技術是(yes)一(one)種逆天改命的(of)手段，讓人(people)産生(born)很多瑰麗和(and)美好的(of)遐想。”

王弢博士

中國(country)抗癌協會腫瘤标志專業委員ctDNA技術專家委員會副組長

江蘇省腫瘤分子診斷工程技術研究中心主任

蘇州大(big)學（特聘-産業方向）教授

複旦大(big)學醫學博士

“CRISPR的(of)應用(use)，起步于(At)醫學，終将不(No)止于(At)醫學。”

對話專家

CRISPR/Cas一(one)直存在(exist)争議，您建議安永公衆号的(of)讀者如何正确理解這(this)一(one)技術？

張明東：

CRISPR是(yes)原核生(born)物基因組内的(of)一(one)段重複序列。Cas基因則位于(At)CRISPR基因附近，或散布于(At)基因組其他(he)地(land)方，該基因編碼的(of)蛋白均可與CRISPR序列區域共同發生(born)作(do)用(use)。因此，該基因被叫做CRISPR關聯基因，即Cas。

生(born)命進化史上(superior)，某些細菌爲(for)了(Got it)将入侵的(of)病毒基因清除，進化出(out)CRISPR/Cas基因剪切防禦系統，能夠在(exist)遭到(arrive)病毒入侵後，把病毒基因的(of)一(one)小段存儲到(arrive)自身 DNA 裏稱爲(for) CRISPR 的(of)存儲空間中。這(this)樣，當病毒再次入侵時(hour)，細菌便可以(by)根據存儲的(of)片段識别病毒，并将病毒的(of)DNA切斷達到(arrive)抑制作(do)用(use)。這(this)一(one)機制真正體現了(Got it)生(born)命之間的(of)微妙平衡，相生(born)相克又不(No)斷進化。

CRISPR/Cas技術的(of)發明，爲(for)臨床醫學提供了(Got it)超越以(by)往的(of)工具。原本不(No)可治愈的(of)疾病有了(Got it)治愈的(of)可能，比如基因變異導緻的(of)各類型遺傳疾病、HIV等難以(by)根治的(of)病毒感染，糖尿病易感性人(people)群的(of)基因改造等，甚至還有可能成爲(for)更有效的(of)癌症治療手段。不(No)誇張地(land)說，CRISPR/Cas技術可以(by)被稱爲(for)是(yes)一(one)種逆天改命的(of)手段，讓人(people)産生(born)很多瑰麗和(and)美好的(of)遐想。

然而，重大(big)的(of)科技發現常常伴有不(No)容忽視的(of)兩面性。火藥的(of)發明，不(No)僅帶來(Come)礦産開發、道路建設等生(born)産力的(of)提升，也招緻槍械帶來(Come)的(of)巨大(big)人(people)員傷亡；20世紀最偉大(big)的(of)發現“相對論”，開啓了(Got it)高效、清潔的(of)核能應用(use)，卻也讓人(people)們(them)籠罩在(exist)原子彈的(of)陰霾之下。對CRISPR基因編輯技術來(Come)說，它使科學家擁有改造人(people)類疾病基因或消滅生(born)物的(of)能力，也帶來(Come)不(No)受倫理管控下生(born)物武器泛濫甚至畸形生(born)物變異的(of)可能性。這(this)一(one)技術發明無疑是(yes)人(people)類自火器時(hour)代到(arrive)核能時(hour)代以(by)來(Come)所面臨的(of)最嚴峻挑戰。

王弢：

CRISPR技術開啓了(Got it)基因編輯的(of)大(big)幕！這(this)是(yes)一(one)項了(Got it)解生(born)命本質、挽救生(born)命甚至創造生(born)命的(of)革命性技術，期待在(exist)全球科學技術人(people)員的(of)不(No)懈努力下，發揮它最大(big)的(of)價值，逐步實現讓人(people)類遠離衆多疾病折磨，實現更健康和(and)更長壽生(born)活的(of)更多應用(use)。2020年新冠疫情突然爆發，恰此時(hour)mRNA疫苗大(big)獲成功，mRNA治療藥物獲得快速發展。突破性的(of)生(born)物技術不(No)斷湧現，“21世紀是(yes)生(born)物技術時(hour)代”的(of)預言正在(exist)成爲(for)現實。”

誠如明東博士所言，作(do)爲(for)這(this)個(indivual)時(hour)代光彩奪目明珠的(of)CRISPR有兩面性，如何防範這(this)個(indivual)魔法無窮的(of)工具不(No)被惡意群體肆意濫用(use)，是(yes)人(people)類大(big)家庭必須直面的(of)共同課題。我(I)始終相信，每一(one)次技術突破的(of)洗禮，帶給人(people)類的(of)不(No)僅是(yes)生(born)産力的(of)巨大(big)提升，更是(yes)人(people)類不(No)斷認知自然和(and)自身的(of)過程，相信在(exist)CRIPSR等生(born)物技術的(of)加持下，人(people)類将會擁有更美好的(of)家園。

對于(At)11月12日《Nature Communication》上(superior)發表的(of)關于(At)CRISPR/Cas9基因編輯或許會讓細胞産生(born)與癌症相關的(of)基因突變形式，您覺得對産業界的(of)影響是(yes)什麽？

張明東：

CRISPR技術自問世以(by)來(Come)，就獲得“基因魔剪”的(of)稱号，在(exist)醫學科研領域可以(by)說是(yes)百花齊放、碩果累累，同時(hour)在(exist)農業、環境等領域也展現了(Got it)光明的(of)前景。2020年發現CRISPR/Cas技術的(of)科學家Jennifer Doudna教授和(and)Emmanuelle Charpentier博士榮獲諾貝爾化學獎，這(this)是(yes)諾貝爾獎曆史上(superior)少見的(of)從發現到(arrive)獲獎僅數年的(of)現象，也說明這(this)是(yes)一(one)項多麽重要(want)的(of)發現。

近期，數篇Nature子刊文章提示，CRISPR會在(exist)體内引起不(No)可預測的(of)的(of)脫靶效應，甚至癌症相關的(of)突變。因而，CRISPR技術到(arrive)底是(yes)“魔剪”還是(yes)“亂剪”，一(one)時(hour)衆說紛纭。從CRIPSR技術偏靶造成的(of)異常突變而言，這(this)隻是(yes)這(this)項革命性技術在(exist)應用(use)中的(of)一(one)個(indivual)插曲，說明現在(exist)的(of)CRISPR編輯技術還不(No)夠精準，還需要(want)更多優化。需要(want)進一(one)步優化到(arrive)單堿基編輯，優化到(arrive)特定部位的(of)單堿基編輯，實現更精細精确的(of)基因編輯操作(do)。所以(by)我(I)想，大(big)家不(No)要(want)因爲(for)目前CRISPR技術有一(one)些瑕疵，就下結論說它多麽不(No)堪或者多麽危險。這(this)些瑕疵是(yes)完全可以(by)克服的(of)，隻是(yes)時(hour)間長短的(of)問題。

王弢：

CRISPR技術出(out)現後，作(do)爲(for)一(one)項通用(use)的(of)技術，在(exist)實際應用(use)的(of)領域或方向必然存在(exist)一(one)些瑕疵，這(this)是(yes)十分正常的(of)，需要(want)的(of)是(yes)科研人(people)員不(No)斷嘗試、不(No)斷改進，逐步實現産業應用(use)。如果都是(yes)一(one)路順風，我(I)想那才是(yes)需要(want)每個(indivual)人(people)擔心的(of)。每個(indivual)細分方向或具體疾病應用(use)的(of)CRISPR關鍵細節技術的(of)開發，需要(want)再多一(one)點時(hour)間，我(I)們(them)會看到(arrive)更多的(of)實際結果，可能許多不(No)可治療的(of)疾病都将變爲(for)可治愈的(of)疾病，這(this)一(one)天并不(No)遙遠。總體而言，CRISPR的(of)應用(use)，起步于(At)醫學，終将不(No)止于(At)醫學。

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能否談一(one)談CRISPR技術目前較爲(for)成熟的(of)醫學應用(use)領域，在(exist)哪些方面爲(for)人(people)類帶來(Come)福音？

張明東：

目前進展明顯的(of)治療領域，主要(want)包括：

①癌症治療，主要(want)針對免疫細胞改造，突變細胞的(of)基因修補或切除等，有多個(indivual)臨床研究，部分獲得積極的(of)結果。

②遺傳疾病，比如亨廷頓氏舞蹈症病(Huntington ' s disease)、杜氏肌營養不(No)良症（DMD基因）等已有研究報道，進展到(arrive)臨床II期及之後也有報道，但還需要(want)公布相關臨床數據。

③3HIV等病毒的(of)體内整合感染方面的(of)應用(use)，我(I)想這(this)是(yes)近期科研人(people)員比較有把握會有重要(want)進展的(of)領域，值得大(big)家關注。

王弢：

在(exist)醫學診斷領域，CRISPR-based核酸檢測技術最有可能成爲(for)新一(one)代的(of)分子診斷平台，尤其在(exist)遠離PCR實驗室場景下的(of)應用(use)。

醫學診斷是(yes)現代醫學發現疾病的(of)入口，提供了(Got it)疾病的(of)快速預警和(and)精準診斷，讓治療有針對性的(of)明确目标。數十年來(Come)，核酸檢驗領域，真正得到(arrive)廣泛應用(use)的(of)技術僅有PCR和(and)NGS，它們(them)當中一(one)個(indivual)實現了(Got it)單靶标或少靶标檢驗，一(one)個(indivual)實現了(Got it)多靶标并行檢驗。兩者都依賴于(At)大(big)型醫學檢驗實驗室、專業操作(do)和(and)大(big)型儀器的(of)應用(use)場景，是(yes)一(one)種遠離疾病人(people)群個(indivual)體和(and)現場的(of)檢驗。

而快速準确診斷感染性疾病應用(use)是(yes)目前緊迫的(of)需求，是(yes)指導疫情防控，保障公共衛生(born)安全，避免大(big)範圍傳播的(of)關鍵。這(this)一(one)點無論是(yes)對大(big)型醫療中心，還是(yes)在(exist)缺醫少藥的(of)基層醫療衛生(born)機構，或是(yes)欠發達的(of)國(country)家和(and)地(land)區都至關重要(want)。理想的(of)診斷方式應該價格低廉、準确性高、快速、操作(do)簡便（無需專業人(people)士操作(do)）以(by)及無需專業設備和(and)基礎設施要(want)求。

從我(I)個(indivual)人(people)的(of)意見以(by)及我(I)們(them)的(of)實踐來(Come)看，CRIPSR-based核酸檢測技術是(yes)第一(one)個(indivual)能真正實現精确、現場甚至居家自測的(of)醫學應用(use)級診斷平台。

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如何認識CRISPR-based診斷技術，它有哪些重要(want)突破？能否談一(one)談該技術目前較爲(for)成熟的(of)應用(use)領域，在(exist)哪些方面爲(for)人(people)類帶來(Come)福音？

張明東：

CRISPR/Cas技術以(by)出(out)衆的(of)基因編輯能力聞名于(At)世，但顯然它的(of)技術應用(use)範圍絕不(No)僅限于(At)基因編輯。CRISPR/Cas技術的(of)創立者之一(one)Jennifer Doudna教授早在(exist)2017年就将該技術應用(use)于(At)RNA檢測，創辦Mammoth Biosciences公司，利用(use)Cas12a的(of)非特異性ssDNA降解能力開發出(out)新的(of)核酸快速檢測方法。幾乎同時(hour)，CRISPR研究先鋒者之一(one)的(of)華人(people)科學家張鋒教授于(At)2017年創辦Sherlock BioSciences公司，利用(use)Cas13蛋白的(of)天然RNase活性改進，建立了(Got it)快速核酸檢測SHERLOCKTM（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter unlocking）平台。

2021年，基于(At)CRISPR檢測平台被美國(country)《Science》雜志譽爲(for)“下一(one)代分子診斷技術”! CRISPR颠覆傳統醫學：一(one)張紙、幾分鍾，即可診斷疾病！該技術将在(exist)病原檢測、疾病篩查、精準醫療等衆多領域展現巨大(big)的(of)應用(use)潛力。

王弢：

Mammoth Biosciences的(of)“DETECTR BOOST”技術平台，可在(exist)30分鍾内獲得診斷結果。Sherlock Biosciences開發了(Got it)首個(indivual)獲美國(country)FDA緊急使用(use)授權的(of)基于(At)CRISPR技術新冠病毒測試，被評爲(for)2021年“全球最具創新力10大(big)生(born)物技術公司”之一(one)。

在(exist)國(country)内，有多家生(born)物技術公司參與開發了(Got it)CRISPR-based核酸檢測技術的(of)新冠病毒診斷産品，主要(want)還是(yes)集中于(At)醫學實驗室場景下的(of)操作(do)。天纵易康生物開發了(Got it)恒溫擴增+CRISPR聯合應用(use)的(of)小型化單人(people)份裝置，首次實現基于(At)CRISPR新冠病毒核酸的(of)單人(people)自測或現場快檢，除應用(use)于(At)國(country)内渠道外，也在(exist)積極申報美國(country)FDA緊急使用(use)授權（EUA）。

CRISPR-based快速檢測可實現各類微生(born)物的(of)居家自測或現場檢驗，類似于(At)現在(exist)家用(use)的(of)血糖監測。我(I)想，在(exist)不(No)遠的(of)将來(Come)，一(one)種全新的(of)醫療形态将會逐步呈現。

張明東：

目前CRISPR-based核酸檢測技術具有明顯的(of)高靈敏度和(and)高特異性的(of)優勢，已實現1copy/μL檢測，甚至高于(At)常規的(of)熒光PCR，在(exist)病原體檢測如SARS-CoV-2檢測方面已實現臨床應用(use)。

應用(use)上(superior)面，新CRISPR測試能夠節省時(hour)間和(and)金錢，甚至不(No)再需要(want)去看醫生(born)就能做出(out)診斷。這(this)種診斷可以(by)在(exist)幾分鍾内得出(out)明确的(of)陽性或陰性結果，類似于(At)家庭懷孕自測。測試結果可以(by)通過手機上(superior)的(of)應用(use)程序發送給醫生(born)，醫生(born)可以(by)立即開出(out)處方或給出(out)治療建議。這(this)些測試還可以(by)在(exist)醫院使用(use)，以(by)快速确定感染病原體，以(by)及引起腫瘤的(of)突變基因，或者快速預測人(people)們(them)是(yes)否有罹患某種疾病的(of)遺傳基因。

相比qPCR技術，CRISPR核酸檢測技術主要(want)有哪些優勢？CRISPR核酸檢測技術産業化尚需解決的(of)核心問題有哪些？從國(country)外的(of)技術和(and)臨床試驗對比來(Come)看，國(country)内CRISPR核酸檢測技術正處于(At)怎樣的(of)發展階段？

王弢：

相比qPCR，CRSIPR核酸檢測技術擁有獨特優勢：

①複雜背景下的(of)高靈敏度，可對aM（10-18M）濃度的(of)靶核酸分子進行高效檢測；而qPCR技術很難實現複雜背景下靶分子的(of)有效擴增。

②複雜背景下的(of)高特異性。CRISPR核酸檢測技術具有極爲(for)優異的(of)抗幹擾性能，可實現對單堿基異常的(of)精确監測；qPCR影響因素多，抗幹擾能力差，難以(by)避免假陽的(of)存在(exist)。

③更爲(for)簡易的(of)操作(do)，無需依賴較大(big)的(of)儀器，10-60分鍾内完成擴增全程；qPCR依賴多步驟的(of)複雜操作(do)，嚴格環境控制，耗時(hour)1-3小時(hour)，需要(want)複雜的(of)大(big)型精密儀器。

張明東：

CRISPR核酸檢測技術具有高靈敏度、高特異性和(and)極爲(for)顯著的(of)抗幹擾等優勢，但如何實現核酸預擴增和(and)CRISPR一(one)體化反應是(yes)一(one)個(indivual)難題，以(by)及如何實現單人(people)份或高通量快速檢測也是(yes)不(No)同場景下應用(use)的(of)需要(want)，還有各種關鍵生(born)物酶的(of)産業化是(yes)需要(want)解決的(of)核心問題。

王弢：

國(country)内CRISPR核酸檢測技術的(of)發展處于(At)快速發展的(of)起步階段，整個(indivual)産業鏈還不(No)是(yes)很成熟。成熟的(of)CRISPR核酸檢測技術如果應用(use)于(At)院外場景，需做到(arrive)：

①快速，通常1小時(hour)内完成檢測。

②防污染，全封閉操作(do)。

③高性能，靈敏度和(and)特異性高于(At)或等同于(At)qPCR。

④便捷，各檢測試劑All in于(At)一(one)管。

⑤常溫儲運。

結束語

基因組中的(of)微小改變，會帶來(Come)有機體的(of)巨大(big)變化。随着科研人(people)員對生(born)命系統的(of)研究不(No)斷深入和(and)資本市場的(of)強力支持，我(I)們(them)有理由相信，在(exist)不(No)遠的(of)将來(Come)，我(I)們(them)将會看到(arrive)CRISPR/Cas更加廣泛、成熟地(land)運用(use)于(At)臨床，有效治療各種遺傳疾病。但值得警惕的(of)是(yes)，這(this)項革命性的(of)技術也是(yes)一(one)把雙刃劍，隻有完善相關法律法規，厘清科技與倫理的(of)邊界，規範科研行爲(for)，才能引導基因編輯領域的(of)健康發展。

參考資料

近日，一(one)篇發表在(exist)國(country)際雜志Nature Communications上(superior)題爲(for)“A systematic genome-wide mapping of oncogenic mutation selection during CRISPR-Cas9 genome editing”的(of)研究報告中，來(Come)自美國(country)國(country)立衛生(born)研究院等機構的(of)科學家們(them)通過研究發現，基于(At)CRISPR/Cas的(of)基因編輯（尤其是(yes)基因敲除）或許會讓正常細胞産生(born)與癌症相關的(of)基因突變形式，“基因剪刀”再引争議。

本文中的(of)觀點僅代表受訪者個(indivual)人(people)觀點，并不(No)一(one)定反映安永全球機構或其成員機構的(of)觀點。

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