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萨克生物研究学院（Salk Institute）的研发人员最近在基因编辑领域取得了重大突破，他们首次将目标位置的DNA嵌入了非分裂细胞，而此种细胞是成年人器官和组织的重要组成部分。开发团队表示，这项新技术能让失明的啮齿动物部分恢复视觉反应。借助这项突破，研究人员可以大大拓宽基础研究的途径并开发出多种新型治疗方式，造福那些患有视网膜神经疾病的患者。
“能开发出这项新技术，我们感到很荣幸，因为这是前人无法实现的重大突破，”萨克生物研究所基因表达实验室的Belmonte教授说道，包含他们新发现的论文刚刚在本月16日登上了《自然》杂志。“人类第一次将DNA嵌入了非分裂细胞，未来该技术将有广阔的应用前景。”
此前，修改DNA的技术，如CRISPR-Cas9系统，只有在分裂细胞中才能起效。萨克生物研究学院的研发人员表示，在执行DNA嵌入（分裂细胞）的任务时，新技术的效能是其他技术的十倍，因此在研究和医药上该技术都是个潜力十足的好工具。更重要的是，萨克生物研究学院的新技术突破了原本分裂细胞的限制，因此研究人员可以精确的将DNA嵌入那些之前无法触及的地方，如眼睛、大脑、胰腺或心脏，在治疗中各种新疗法会大量涌现。
DNA修复是如何实现的？
在开发新技术的过程中，研究人员用到了细胞DNA修复途径，也就是医学上所说的“非同源性末端接合”（NHEJ）。这种方法能通过对原始链末端的接合实现常规DNA断裂的修复。同时，研究人员还用到了现有的基因编辑技术，最终成功将新的DNA精确的潜入了非分裂细胞中的既定位置。
“利用NHEJ通路插入新的DNA是基因组编辑领域一项革命性的成果，绝对是前无古人的。”Keiichiro Suzuki说道，他是本篇论文的第一作者。
首先，研究小组着手优化现有的NHEJ机制，以便与CRISPR-Cas9系统搭配使用。研究人员创建了一个由核酸鸡尾酒组成的定制版插入包（insertion package），并称其为同源非依赖性靶向嵌入（homology-independent targeted integration，HITI）。随后，他们利用一种惰性病毒将HITI的遗传指令包送到神经元（胚胎干细胞中提取）中。
“这可能是HITI在非分裂细胞中发挥作用的首个迹象。”论文另一位第一作者Jun Wu说道。随后，研究小组又将这一结构嵌入了成年小鼠（mice）的大脑中。
盲鼠复明了吗？
为了检验HITI用于基因替代疗法的可能性，研究小组还在色素性视网膜炎大鼠（rats）模型中测试了这一技术。这是一种遗传性视网膜退化疾病，它能够导致人类失明。科学家们利用HITI将Mertk基因的功能性拷贝嵌入到3周大小的大鼠眼睛中。Mertk基因是患色素性视网膜炎时遭到损伤的基因之一。当大鼠8周时，研究人员开始分析这一基因编辑过程的效果。结果发现，实验动物已经获得了一定的视觉反应。后续的一些测试表明，大鼠的视网膜细胞正在痊愈。
“我们确实可以改善这些盲鼠的实力，”论文第一作者Reyna Hernandez-Benitez说道。“实验成功表明该技术前景广阔。”
下一步该团队将提升HITI的嵌入效率。HITI技术的“魅力”在于它不只是适用于CRISPR-Cas9系统，而是适用于任何靶向基因组工程系统。因此，随着这些系统安全性和效能的提高，HITI的效果也会随之改变。
“现在我们手握的这项技术能够修改非分裂细胞中DNA，这样我们就能修复大脑、心脏和肝脏中出问题的基因，”Izpisua Belmonte说道。“人类第一次获得了治愈一些疑难杂症的方法。”
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