更个性化细胞治疗的新工具

明尼苏达大学双城分校的一个研究小组首次开发了一种新的工具，可以预测和定制一种被称为“位点特异性重组”的特定DNA编辑的速率。这项研究为糖尿病和癌症等疾病的更个性化、更有效的基因和细胞疗法铺平了道路。

这项研究发表在自然通讯,自然科学杂志:由同行评议的涵盖自然科学的多学科科学杂志

位点特异性重组的过程包括使用酶来识别和修改活细胞中特定的DNA序列。它在用细胞疗法治疗各种疾病方面有重要的应用。

例如，免疫疗法需要从患者身上提取免疫细胞，并对其进行基因改造，以对抗癌症等疾病。在这些应用中，精确控制基因表达的时间是很重要的，以最大限度地发挥治疗效果，同时最大限度地减少体内的不良反应。

明尼苏达大学的工程师开发了一种方法，将高通量实验与机器学习模型相结合，使特定位点的重组过程更有效和可预测。该模型允许研究人员对DNA编辑的速度进行编程。这意味着他们可以控制治疗细胞对环境的反应速度，从而控制它产生药物或治疗蛋白的速度。

“据我们所知，这是第一个使用模型来预测修改DNA序列如何控制位点特异性重组率的例子，”论文的高级作者、明尼苏达大学双城生物医学工程系副教授Casim Sarkar说。“通过将工程原理应用于这个问题，我们可以调节DNA编辑发生的速度，并使用这种形式的控制来定制治疗性细胞反应。我们的研究还发现了新的DNA序列，它们比自然界中发现的DNA序列更有效地重组，这可以加速细胞的反应时间。”

Sarkar和他的团队首先开发了一种实验方法来计算特定位点重组的速率，然后使用该信息来训练机器学习算法。最终，这使得研究人员可以简单地输入DNA序列，模型就可以预测DNA序列重组的速率。

他们还发现，他们可以使用建模来预测和控制细胞内多种蛋白质的同时产生。这可以用于编程干细胞，以产生新的组织或器官，用于再生医学应用，或赋予治疗细胞以预先定义的比例生产多种药物的能力。

“不同的患者可能需要不同的剂量或更快或更慢的细胞反应-不是每个人都一样，”Sarkar解释道。“通过在细胞内构建利用不同重组率的多个DNA序列的遗传电路，我们现在可以实现以前很难做到的事情，比如治疗细胞中蛋白质生产的程序比例。我们的理性方法可以为患者提供个性化的治疗。”

参考:张强，张志军，张志军。具有可预测位点特异性重组率的DNA序列的模型引导工程。Nat审稿．2022; 13(1): 4152。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 31538 - 3．

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