基因组编辑iPS细胞移植可在体内传递治疗分子
诱导多能干(iPS)细胞对生物学和医学产生巨大影响，有望改善再生医学。自2014年将一片源自iPS细胞的视网膜色素上皮细胞移植到年龄相关性黄斑变性患者体内以来，已经对源自iPS细胞的各种细胞类型进行了临床试验。虽然迄今为止已使用源自健康个体的iPS 细胞，但预计未来可以通过基因改造来增强使用 iPS 细胞的移植治疗。
因此，我们通过利用法布里病小鼠模型作为概念证明来解决这种可能性。法布里病是由 α-半乳糖苷酶 A (GLA) 遗传缺陷引起的，导致其底物三酰神经酰胺 (Gb3) 和三酰鞘氨醇 (Lyso-Gb3) 等底物的积累。我们之前开发了一种工程酶，即修饰的 α-N-乙酰半乳糖胺酶 (mNAGA)，通过将 NAGA(GLA 的旁系同源物)的底物特异性改变为 GLA 的底物特异性来治疗法布里病。由于mNAGA保持了NAGA原有的抗原性，因此这种修饰酶与GLA不存在免疫学交叉反应性，同时具有GLA酶活性。在本研究中，我们测试了通过基因组编辑移植分泌mNAGA的iPS细胞是否可以在体内提供GLA活性。
首先，我们通过 TALEN 介导的敲入 AAVS1 位点(一个安全港位点)来生成分泌 mNAGA 的 iPS 细胞。此外，为了排除患者iPS细胞内源性GLA可能引起的免疫原性反应，我们通过CRISPR-Cas9破坏了GLA基因。当无GLA活性的Fabry模型心肌细胞和成纤维细胞与分泌mNAGA的iPS细胞共培养时，表达mNAGA的细胞在体外恢复了GLA活性。
接下来，我们将分泌 mNAGA 的 iPS 细胞移植到法布里病模型小鼠的睾丸中。7或8周后，肝脏中的GLA活性显着提高，但在心脏、肾脏或血浆中未观察到活性恢复。我们还量化了肝脏中 Gb3 和 Lyso-Gb3 的量，但没有检测到底物的减少。
由于移植的iPS细胞分泌的mNAGA数量有限，肝脏中的GLA活性不足以降低Gb3或Lyso-Gb3。然而，未来或许可以通过基因组编辑来增强mNAGA的分泌量。还可以将 mNAGA 直接递送至需要 GLA 活性的器官和组织。例如，移植源自分泌mNAGA的iPS细胞的心肌细胞片，直接将mNAGA递送至心脏。此外，虽然这项研究主要针对法布里病，但同样的策略也可以应用于其他疾病。
这项研究证明了利用基因组编辑的 iPS 细胞分泌治疗分子进行细胞治疗的潜力。这些基因组编辑的 iPS 细胞不仅可以作为细胞移植的资源，还可以作为药物输送系统。
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