来自MIT的研究人员开发了一个合成基因电路，当它们发现疾病的迹象时，能够触发身体的免疫系统攻击癌症。

这个电路，在发现两个特定的癌症标记时，能够激活治疗应答，研究发表在最近的《Cell》杂志上。

图片来源：MIT

免疫疗法已经被认定具有抗击大范围癌症的潜力。在数个近期的临床试验中，这种方法已经被成功论证，根据MIT生物工程、电气工程以及计算机科学助理教授Timonthy Lu表示。

Timonthy Lu

“有很多临床数据近期表明，如果你可以通过一种正确的方式刺激免疫系统可以使得它能够识别癌症，”Lu说，他是麻省理工学院电子产品研究实验室合成生物学小组的负责人。“其中一些好的例子就是被称为检查点抑制剂的，癌症可以阻止T细胞杀死它们。现在有一些抗体开发用来阻断这些抑制信号，允许免疫系统攻击癌症。”

尽管取得了这样的成功，免疫疗法依然受限于肿瘤特异性抗原的缺乏，这些抗原可以触发免疫系统对特定的癌症有所应答。一些疗法进行全身系统性治疗的时候所表现出来的毒性也是一个障碍。

而且，治疗并不是在所有案例中都会成功。实际上，即使在一些非常成功的试验中，也只有30%-40%的患者会对治疗有所应答，Lu表示。

有鉴于此，现在科学家们正在推动开发联合疗法，几种不同但是互补的疗法结合起来共同提升免疫应答。因此，例如，如果一种类型的免疫疗法用来敲除一个癌症产生的抑制信号，肿瘤通过上调第二信号来响应，而其他的疗法则可以靶向这个信号，Lu指出。

“我们的信念是需要开发一种更具有特异性、靶向性的免疫疗法，能够在肿瘤的病灶处起效，而不是在整个身体系统内进行治疗，”他说，“第二，我们想要从一个包中可以产生多种免疫疗法，因而可以从多重渠道刺激免疫系统。”

为了达到这一目的，Lu和MIT博士后Lior Nissim 和 Ming-Ru Wu组成的团队构建了一个用DNA设计编码的基因电路，用于区分癌细胞和非癌细胞。

基因电路可以定制对不同的肿瘤应答，是基于电子学中使用的简单的与门（AND gate）。这些与门只在当电路的两个输入都存在的时候才会开启。

癌细胞与正常的细胞在基因表达谱中有所不同，因此研究人员开发了合成启动子——这是一段设计好的DNA序列，仅在癌细胞中启动基因表达。

基因电路会通过病毒递送到身体受影响区域的细胞中。合成启动子被设计成能够与特定的在肿瘤中活跃的蛋白相结合，使得启动子开启。

“只有当两个癌症启动子都活跃的时候，基因电路才会开启，”Lu说。

这使得基因电路相对于现有的疗法可以更加精确的靶向肿瘤，因为它需要两个癌症特异性信号才能存在才能响应。

一旦激活，基因电路表达的蛋白被设计成指导免疫系统靶向肿瘤细胞，包括表面T细胞接合剂蛋白，可以命令T细胞杀死细胞。基因电路也会表达检查点抑制剂，设计成用于给T细胞的活力“刹车”。

当研究人员在体外测试基因电路时，他们发现它可以在很多正常的卵巢细胞和许多其他类型细胞中发现卵巢癌细胞。

然后，他们在植入了卵巢癌细胞的小鼠中测试了基因电路，研究结果表明，基因电路可以触发T细胞找到并杀死癌细胞而不伤害周围的其他细胞。

最终，研究人员显示了基因电路可以很容易的转化为靶向其他癌细胞。这对于它能够应用于实际的癌症治疗非常的有利。

“我们鉴定了其他的选择乳腺癌的启动子，当它们编码到基因电路中，它就可以靶向乳腺癌细胞而不是其他类型的细胞，”Lu表示。

最终，他们希望可以使用这一系统来靶向其他的疾病，例如类风湿关节炎、炎性肠道疾病以及其他自免疫疾病。这一进步开启了抗击癌症的新战线。

研究人员现在计划在一系列癌症模型中更全面地测试电路。他们还打算开发一种电路的交付系统，使得它既灵活又易于制造和使用。

参考资料：

[1] Gene circuit switches on inside cancercells, triggers immune attack

原标题：在癌细胞内开启基因电路，触发免疫系统攻击癌症

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