从为小男孩「换皮」到攻克小鼠「艾滋病毒」,「基因剪辑」将如何拯救生命?

摘要

能攻克各种疑难杂症,基因剪辑或许就是未来最强大的手术刀

编者按:通过基因检测,美国影星安吉丽娜朱莉发现体内有容易患乳腺癌的基因,为了避免患癌,她选择切除自己身体的部分。在将来,或许只需要「剪辑」基因,我们就可以避免癌症、延长生命。
本周极客养成指南,我们编译、整理「连线」关于一篇「换皮」的故事。依靠基因的剪辑,一个无法固定住自己皮肤的小男孩的生命得到了挽救,还拥有了和正常人的生活。科学家还在老鼠的身上,通过基因剪辑,成功攻克了「艾滋病毒」。
从通过基因「认识」自己,到可以动手修剪「基因」,我们有理由相信,随着技术的进步,未来那些阻挡人类的癌症或者重大疾病将被一把基因手术刀解决。
文章编译整理自:SCIENTISTS SAVE A KID BY GROWING A WHOLE NEW SKIN FOR HIM  

通过「换皮」重获新生的小男孩

当这个小宝宝还在襁褓之中,苍白的新生儿皮肤泛着红色的点,身上出现了一个个水泡,这些水泡常常让他痛苦地难以忍受。医生告诉小男孩父母,他体内的 LAMB3 基因有一个功能性故障,这导致他无法产生一种特殊的蛋白质来固定住内外层的皮肤。

在小男孩出生七年间,医生一直尝试把水泡保持在一个可控范围内。但是到 2015 年夏天,病情突然恶化,男孩损失了 60%的健康皮肤。

当年六月,因为男孩持续化脓而发烧,父母将他送到了德国波鸿鲁尔大学儿童医院的烧伤科。医生尝试给小男孩注射了抗生素和止痛药,把药膏敷在他的身上,但都没有效果。医生又尝试移植男孩父亲的皮肤给他,也以失败告终。在重症监护病房五个星期后,这个男孩濒临死亡。

似乎没有什么能挽救这个生命了,除了还没有试过的基因实验。

医生们决定试一试,他们从男孩身上取下皮肤的一个小方块,送到意大利摩德纳的实验室。那里的科学家利用病毒将一个功能正常的 LAMB3 基因注入到所有构成该皮肤片的细胞中,包括一些干细胞。然后,在实验环境中培养这些皮肤,直到这些「新皮肤」长到 9 平方英尺的纱布大小并产生蛋白质凝胶。一个可用于成人手术的皮肤块大概需要 22 平方英尺,但是对于一个小孩来说,9 平方英尺已经足够了。

(换皮手术过程示意图 图|连线

到了当年十月份,意大利的科学家把新的「皮肤」送回德国,医生们小心翼翼地把新皮肤「缝制」在小男孩的身上,先是胳膊和腿。当另一批新皮肤在十一月到达时,医生们又在男孩的胸部和背部进行了手术。到来年的一月份,一声终于将所有的新皮肤都缝制上去了,这就像是重新为小男孩换了一身皮肤。

在经过七个半月的治疗之后,在接受有史以来最大的转基因干细胞输注后,男孩恢复健康走出了医院。几个星期后,他重新回到小学。今天,这个男孩可以像一个正常的孩子踢足球、玩游戏。他的新皮肤也没有再起过水泡。

除了「换皮」,基因剪辑还可以做什么?

「自然」杂志上发表的这个德国男孩与意大利科学家之间「换皮」的故事证明了,虽然只是单一样本,但通过基因修正、剪辑遗传的干细胞来治疗不治之症是可行的。

研究论文的第一作者、摩德纳大学和雷焦艾米利亚大学再生医学中心主任 Michele De Luca 说:「这是造血系统以外的第一次,我们证明了转基因干细胞可以永久性再生整个组织。细胞使所有正确的蛋白质附着到下面的真皮。而且这个组织发展了所有的皮肤应该有的东西 - 毛囊和汗腺和油腺。

(图片来源:视觉中国)

最重要的是,转基因细胞似乎仍能自我补充、繁衍。在最初的几个月中,大多数细胞在最初的环境中就像正常的皮肤蜕变和再生,实验室生长的干细胞仍然在孩子身上活着,所有「新皮肤」细胞都具有正确的基因版本。

加州大学戴维斯分校的生物医学研究员保罗·诺克福勒(Paul Knoepfler)指出,错误的基因仍然存在于男孩的全身,从他的心脏到肺部到食道。但是在覆盖他体外的转基因皮肤细胞中存在非突变的 LAMB3 基因足以使其功能健康。基因剪辑疗法基本上把孩子变成了嵌合体。这个研究突破之处也在于「成功的表皮置换的程度是显著的」。

干细胞和基因疗法有很大的希望促进人类攻破一些遗传疾病和一些基因层面造成的疾病。比如,此前一组生物学家发表了一项研究,详细描述了他们在以老鼠为实验对象时,如何将一种抗艾滋病毒利用 Crispr(Crispr 技术能够轻松、准确地切割人类基因)系统,藏在另一种能够潜入宿主免疫系统的病毒中,利用基因层面的编辑,从感染的细胞沿途斩断艾滋病毒。这个实验在老鼠身上取得了成功。

不过科学家也认为暂时不宜太过夸大这种技术的能力。为小男孩皮肤中的基因进行剪辑的科学家德·卢卡和他的合作者指出,他们对小男孩的皮肤基因干预非常具有侵略性,因此不会推荐给那些生命没有受到严重威胁的人。他们还计划在接下来的几十年里监测这个男孩,了解转基因干细胞有多强壮,是否能够无限期地补充皮肤中缺少的 LAMB3,还是会随着时间的推移而弱化,需要更多的移植物?

另外,科学家还需要关注小男孩的新细胞是否比他出生时更容易患癌症。他们用来引入正确版本的 LAMB3 的方法虽然能够有效地插入基因之中,但在每个细胞 DNA 的位置却是随机的。虽然暂时还没有看到这种基因剪辑的毒性或副作用,但有人还是会担心这个基因位置的改变可能会导致癌症等疾病。

像小男孩的情况仍是极端的,因为如果不治疗,他就会死亡。基因编辑的干细胞大大小小,目前远远不能治愈所有人。不过至少对一个男孩来说,成功挽救了一个生命。而在未来,随着技术的突破,有理由相信,基因剪辑将是治疗疾病,延长人类生命长度的重要手段。

责任编辑:Rubberso

头图来源:视觉中国


打开极客公园App阅读更多内容

最新文章

极客公园

用极客视角,追踪你最不可错过的科技圈。

极客之选

新鲜、有趣的硬件产品,第一时间为你呈现。

顶楼

关注前沿科技,发表最具科技的商业洞见。