通过促进CRISPR/ cas9切割DNA的无错修复来改进基因编辑
囊性纤维化(CF)是一种慢性、进行性遗传疾病，影响肺、胰腺和其他器官。虽然目前的治疗方案控制了症状，减少了并发症，提高了生活质量，但没有治愈方法，对大多数人来说，这种情况最终是致命的。平均而言，CF患者的寿命约为30年。
然而，创新的基因编辑技术给人类带来了希望治愈．自从发表了开创性的论文2012和2013制定了基因组编辑技术CRISPR的协议(聚类规则间隔短回文重复)引起了广泛关注并因其能够对动物和植物的DNA进行精确而永久的改变而引起了人们的兴奋．CRISPR有可能为患有单基因突变引起的严重疾病(包括CF)的患者提供新的治疗方法。它还被研究用于治疗镰状细胞性贫血、亨廷顿舞蹈症，以及作为一种改善癌症免疫治疗的方法。
第一个临床试验随着CRISPR基因编辑技术的发展，以及第一批基因编辑婴儿的争议继续引发讨论，更好地理解基于CRISPR的治疗方法的好处和风险比以往任何时候都更重要。
让CRISPR朝着目标前进
CRISPR/Cas9系统能够通过对双链DNA进行精确切割来靶向和编辑DNA。然后，这些切口通过细胞中几种可能的机制之一进行修复:两种主要机制是非同源末端连接(NHEJ)或同源定向修复(HDR)。NHEJ倾向于在细胞中更为突出，尽管它倾向于将无意的插入和删除(indels)引入到它修复的DNA中。如果存在任何脱靶切割位点，这就会引起特别的关注，这可能会导致不希望出现的indels和潜在的脱靶效应(OTEs)。这些ote可能会影响潜在CRISPR疗法的安全性，因此，决定该疗法是否被批准用于临床。对于许多CRISPR实验和治疗，HDR是首选，因为它比NHEJ更不容易出错，并且可以介导基因组内的特定突变或插入。
为了提高成功开发基于crispr的疗法的机会，公司喜欢集成DNA技术(IDT)不断创新，为使用CRISPR的生命科学研究人员设计和提供更好的工具。有了这些工具，由比尔·斯卡尼斯教授位于美国康涅狄格州法明顿市的杰克逊基因组医学实验室(JAX)的研究人员已经开发出一种新型的CRISPR协议提高人类干细胞的HDR效率。
协议中有三个关键的改进可以促进HDR而不是NHEJ。一个关键的改进涉及IDT的使用Alt-R修饰的HDR供体寡核苷酸，它们是在5 '和3 '端经过特殊修饰的单链寡核苷酸(ssodn)，从而提高了HDR的效率。然后，在引入CRISPR/Cas9复合物后，将IDT的Alt-R HDR增强剂(一种促进HDR的小分子化合物)添加到细胞培养基中1 - 2天，进一步增强HDR。第三个关键的改进是在CRISPR/Cas9复合物进入细胞后对细胞进行冷休克。通过在他们的CRISPR协议中实施这三项改进，JAX的团队已经能够将HDR:NHEJ的比值从0.5转移到3.7。当比例为0.5时，NHEJ占主导地位，发生在HDR细胞中的数量是HDR的两倍。随着3.7的7倍改进比率，HDR占主导地位，发生在大多数未选择的人类细胞中，即70%。
这种改进的方法正在JAX应用于人类疾病细胞模型的开发，通过诱导多能干细胞的CRISPR基因编辑产生。为了忠实地再现许多疾病变体，基因编辑必须有效和精确地修改DNA。这些模型为阐明许多疾病的病理机制和测试潜在疗法的开创性研究提供了依据。这一显著改进的CRISPR/Cas9协议的发表无疑将促进更有效和更精确的CRISPR基因组编辑，因此，有望帮助科学家加速新疗法的开发，包括治愈CF。
IDT最近宣布发布一个免费的，基于网络的Alt-R HDR设计工具这是通过广泛的湿式测试和客户验证发布的。该工具允许用户为多个物种设计和订购优化的HDR供体模板和相关的Cas9指导rna。
为了治疗囊性纤维化
由于CF是世界上最常见的遗传性疾病之一，是由囊性纤维化跨膜传导调节基因(CFTR)突变引起的，一些研究人员正在研究基因疗法纠正这些突变的潜力。其中一位研究人员是Matthew Porteus教授，斯坦福大学儿科教授(干细胞移植)，谁正在开发一种基于CRISPR基因编辑的干细胞治疗该疗法将首先从CF患者个体中提取气道干细胞，这些细胞中导致CF的突变将使用CRISPR基因编辑进行校正。对于这种特殊的治疗，这将涉及纠正最常见的CF突变(CFTR -deltaF508)和/或替换干细胞中的整个CFTR基因。然后，经过校正的细胞将被移植回患者的鼻腔，这被称为自体移植。
其他研究正在进行，以开发基因编辑的、基于干细胞的治疗CF的疗法。其中一些研究包括使用同种异体而不是自体移植。同种异体移植是从匹配的供体而不是病人自己身上移植的。一期临床试验(CEASE-CF试验)已在进行，另一项(哈皮神的审判)计划于今年5月开始，以评估同种异体干细胞输注在成年CF患者中的安全性和耐受性。这些临床试验和其他关键研究将为CF患者更有效的治疗铺平道路;从而改善他们及其家庭的生活，同时降低这一毁灭性疾病的社会成本。随着CRISPR等技术的不断快速发展，CF的治疗将成为“何时”而不是“是否”的问题。
