在罕见遗传病治疗领域，个性化医疗技术正逐渐崭露头角，其中
反义寡核苷酸
（Antisense oligonucleotides，
ASO
）
因其精准靶向特定基因的能力成为一种极具潜力的治疗策略。然而，个性化ASO的设计和验证过程耗时且成本高昂，这在很大程度上限制了其在临床治疗中的广泛应用。传统的方法不仅效率低下，而且在动物模型中进行的实验往往无法准确反映人类疾病的复杂性和个体差异。因此，开发一种快速、可扩展且准确的个性化ASO筛选平台显得尤为迫切。
近年来，类器官技术的发展为疾病研究和药物筛选提供了新的思路。类器官能够在体外模拟人体器官的结构和功能，为研究疾病机制和筛选药物提供了更为准确和高效的模型。与传统二维细胞培养相比，类器官在结构和功能上更接近真实组织，使其能够更准确地再现疾病的分子机制和临床特征。诱导多能干细胞
（Induced pluripotent stem cells，iPS细胞）
已成为模拟发育过程和剖析疾病病理的有力工具。近年来，利用患者来源的iPS细胞生成三维类器官方面取得的进展，进一步拓展了这些细胞系统的潜能。然而，当前建立患者来源iPS细胞模型的方法既耗时又昂贵。这些局限往往使得患者来源的类器官模型无法充分发挥其治疗潜力。
近日，来自
堪萨斯城儿童慈善医院基因组医学中心
的
Scott T. Younger
团队在
Nature
杂志发表了文章
Rapid and scalable personalized ASO screening in patient-derived organoids
。该研究
开发了一个快速、稳定且可扩展的平台来构建患者来源的细胞类器官模型，通过一种新的iPS细胞重编程流程，利用先前基因检测中普遍可得的冷冻保存外周血单个核细胞（PBMC），仅需三周就能建立iPS细胞系并重现与患者疾病相关的表型，并且利用患者特异性ASO能够逆转这些疾病表型
。该方法的应用无需特殊设备，实际操作时间不到六周。该应用平台的开发将推动针对多种罕见遗传病治疗的临床前ASO先导药物的快速研发。
该研究所近期启动了“儿童基因组答案”罕见病项目，计划7年内为3万名患基因病儿童测序基因组，并采集
外周血单个核细胞
（
PBMC
）
冷冻保存备用。为构建罕见病细胞模型生物样本库，团队优化iPS细胞重编程流程，融合多种策略，形成含特定鸡尾酒配方及离心步骤的方案，2 - 3周即可将PBMC重编程为iPS细胞并入库，还能在12孔板单孔并行开展12个实验。经全面鉴定，该方案生成的iPS细胞系表达多种iPS标记物、具多能性，传代25 - 30次后仍稳定。6个月内近300例重编程实验成功率超93%，主要影响因素是PBMC数量而非患者个体差异，且该方案还能从患者成纤维细胞获取iPS细胞，无需特殊设备与昂贵试剂，便于推广。
为了探索基因操控的多样性，研究人员选择了心脏肌钙蛋白T
（由
TNNT2
编码）
作为靶基因，分别针对TNNT2转录本的不同区域设计了三种不同的ASOs，所有合成ASOs均为完全修饰的2'-O-甲基RNA的形式。研究人员在从商业iPS细胞系生成的心脏类器官中评估了ASO介导的基因抑制。结果表明，
ASO能够实现iPS细胞衍生类器官模型中的强大遗传扰动。
研究人员利用患者来源的iPS细胞系，其中一个来源于患有
杜氏肌营养不良症
（Duchenne muscular dystrophy，
DMD
）
的患者
（患者1）
，该患者DMD基因中存在结构性缺失，导致DMD转录本移码，失去抗肌萎缩蛋白dystrophin的表达。他们设计了一个与FDA批准的治疗性ASO序列匹配的2'-O-甲基RNA，以分析其在患者来源的类器官模型中的有效性。结果表明，与批准的治疗性ASO序列匹配的ASO能够恢复患者来源的心脏类器官中的抗肌萎缩蛋白表达及产生规律钙流的正常功能，且ASO的有效性与分化策略无关。研究人员重新设计ASO序列为与二期临床试验相匹配的另一序列时，依然得到了类似结果。
研究人员进一步探索了患者来源的类器官模型在临床前筛选新型、患者特异性ASO疗法中的应用。他们生成了来自另外两名患有DMD的患者
（患者2a和患者2b，为兄妹）
的iPS细胞，这些患者继承了DMD基因中的一个深度内含子突变，导致新的剪接受体位点的产生、隐秘外显子的引入和提前转录终止。研究人员设计了两种ASOs，均针对DMD内含子中与病理变异重叠的不同序列。结果表明，两种个性化ASOs均恢复了与健康心脏类器官相当的抗肌萎缩蛋白表达水平并使得类器官产生规律钙流。
总之，
本研究不仅揭示了患者来源的类器官模型在评估个性化ASO疗法中的潜力，还为开发针对罕见遗传疾病的治疗策略提供了新的方法。通过快速生成患者来源的细胞模型和优化ASO递送策略，研究人员为个性化ASO疗法的临床前评估提供了一个强大的平台。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08462-1
制版人：十一
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