CRISPR 免疫學 生物技術

【回顧月】生物技術最前沿

上古時期,我們的祖先已掌握釀造、發酵、育種等方法,可見早在文明的起點,人類早已知道如何利用動植物、微生物或其產物來生產對農業或醫學有用的物質。使用生物來達成目的早已不是什麼新鮮事,而近年隨着新興的生物化學及分子生物學的蓬勃發展,很多新技術如基因轉植、定序技術、基因編輯、免疫治療等更是讓生命科學領域大放光彩,衍生出來的應用更是超乎大家想象。2016年4月份,Investigator 鎖定了近年潛力無限的幾項生物技術,包括了單一細胞定序(single-cell sequencing)、奈米醫學(nano-medicine)、免疫療法(immunotherapy)及 CRISPR-Cas 基因編輯技術(gene editing)的系列報導。
單一細胞如何特化成組織?不同組織如何彼此協調?這些細胞之間的基因調控有何不同?有礙與技術限制,先前的科學家難以解答這些單一細胞尺度的問題。單細胞基因體學(single-cell genomics)技術的發展讓回答這些問題成了可能,其重要性在於可以檢視單一細胞的基因體 [2] 或基因表現 [3],從而評估細胞之間的異質性(heterogeneity)。單一細胞基因體的研究藉由克服分離細胞以及放大基因組的技術瓶頸讓我們得以檢視生物系統的複雜性。相信科學界也相當期待利用此技術,以更宏觀的視角看待組織細胞之間的交互作用。

 

除了單一細胞技術大行其道之外,生物技術的發展亦傾向以更微觀的尺度來解決問題。隨著奈米科技的進步,也被廣泛應用於藥物遞送領域。奈米微粒藥物運送系統提高藥物的溶解度,延長藥物在循環系統中的滯留時間以增加藥物被吸收的機會,專一性地針對病灶從而降低藥物對正常細胞的毒性 [4]。因著這些特性,奈米運送系統結合癌症用藥上成為藥物研發的趨勢 [5]。

 

除了使用藥物來打擊癌症細胞外,人體自身的免疫系統其實天生就有辨識及打擊體內不正常細胞,包括癌細胞的能力。免疫療法就是利用原本人體的免疫系統來消滅外來與突變的細胞。例如:CD8 殺手 T 細胞能藉由 MHC 辨認宿主細胞與外來細胞,自然殺手細胞(NK cells)也會藉由辨認細胞膜上的配體(ligand)以消滅癌細胞。然而,癌細胞為了躲避免疫細胞攻擊會表現去活化免疫細胞的配體,使免疫細胞無法辨識癌細胞。現今臨床上所應用的Anti-CTLA4、Anti-PD-1 抗體藥物的功能就是阻斷癌細胞抑制T細胞之活性,使得免疫細胞能消滅癌細胞。除了 CTLA4 及 PD-1 外,研究人員仍在尋找更多的免疫療法標的 [6],以及新的免疫細胞療法,如:樹突細胞療法(Dendritic Cell Therapy)、自然殺手細胞療法(Natural Killer Cell Therapy)、T 細胞治療(Cytotoxic T-lymphocyte Therapy)[7]。

 

最後在近年提到生物技術時,最少不了的明星就是以 CRISPR-Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Panlindromic Repeats- Cas9)為首的基因編輯技術。這個 RNA 引導的 DNA 內切酶(RNA-guided DNA endonuclease)讓科學家可以輕易地且準確地在活細胞的基因體上進行編輯 [8]。這項技術自出現以來已經加速了基礎研究 [9]、生物科技研發,亦是人類在基因治療技術上的一大跨越。CRISPR 相關的應用與研究如雨後春筍般湧現,幾乎每一個生物領域都有其使用空間,我們即將面對的困境將不是這項工具本身的限制,而是這項工具所造成的倫理問題。這個二月份,Investigator 將為大家帶來更多關於 CRISPR 研究及應用的系列報導,敬請各位持續關注。

 

圖一、生物技術最前沿(https://www.nature.com/nature/supplements/insights/frontiers-biology-2017/images/cover_large.jpg)

參考資料:

  1. Bahcall, O., Eggleston, A., Le Bot, N. and Weiss, U. (2017). Frontiers in biology. Nature, 541(7637), pp.301-301. doi: 10.1038/541301a
  2. 基因體學:一次定序一細胞 http://goo.gl/VbZUFz
  3. 結合微流道與條碼 · 解析單一細胞基因表現 http://goo.gl/lMyfQC
  4. 小小奈米大大希望 http://goo.gl/7d0Rrk
  5. 小奈米立大功,讓我們直擊癌細胞大本營! http://goo.gl/CrXtSk
  6. 免疫療法新標的─可溶性NKG2D配體促進NK細胞抗腫瘤 http://goo.gl/aTJLwN
  7. 抗癌解藥求己不求人,認識免疫細胞療法 http://goo.gl/gOqtQk
  8. 時下最夯!基因編輯器CRISPR http://goo.gl/53dy5j
  9. 製作疾病模型動物的新幫手!基因編輯器CRISPR http://goo.gl/NKcSYj

圖片來源:http://goo.gl/rUQnoC

撰文|陳恩浩
修訂|蔡京庭

About the author

陳恩浩

陳恩浩

長庚大學生物醫學所畢業,目前於德國馬克斯普朗克免疫生物學暨表觀遺傳學所攻讀博士班,專注於癌症生物學。因科技部大專生研究計劃、國際合成生物學競賽(iGEM)而從大學開始流連於研究室中。熱衷於分享科學教育、生物醫學有關的知識與小故事。希望藉由這個平台跟更多有趣的夥伴對話。