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为解决个性化反义寡核苷酸（ASO）设计和临床前评估时间长、成本高的问题，研究人员开展了利用患者来源细胞模型进行个性化 ASO 筛选的研究。结果显示该模型可评估 ASO 疗效，这为罕见病个性化治疗提供了新方法。
在生命科学和医学领域，罕见病的治疗一直是极具挑战性的难题。许多罕见病由特定的基因突变引起，传统治疗手段往往效果不佳。随着基因检测技术的发展，越来越多的致病基因被发现，这为基因治疗带来了希望。反义寡核苷酸（ASO）作为一种新兴的基因治疗手段，能够通过与细胞内特定的信使核糖核酸（mRNA）互补结合，影响 RNA 的加工过程，进而调控蛋白质的表达水平 。理论上，ASO 可以根据患者的特定基因突变进行个性化设计，精准治疗罕见病。然而，目前个性化 ASO 的设计和临床前评估面临着诸多困境。一方面，其过程极为耗时，从设计到完成评估可能需要数年时间；另一方面，成本高昂，这使得许多潜在的治疗方案难以推进，无法广泛应用于临床，众多罕见病患者仍在等待有效的治疗方法。
为了突破这些困境，来自美国儿童慈善医院（Children’s Mercy Kansas City）等机构的研究人员展开了深入研究。他们致力于开发一种快速、强大且可扩展的平台，用于生成患者来源的细胞模型，并验证这些模型在评估患者特异性 ASO 方面的实用性，相关研究成果发表在《Nature》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞模型构建方面，利用冷冻保存的外周血单个核细胞（PBMCs），这些细胞通常来自之前的基因检测，通过特定的诱导多能干细胞（iPS）细胞重编程流程，只需 3 周就能建立 iPS 细胞系。在基因编辑和功能验证方面，设计并合成针对不同靶点的 ASO，采用转染技术将其导入类器官，运用免疫荧光、蛋白质免疫印迹（Western blot）、逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）等技术检测基因表达和疾病相关表型的变化。此外，还利用钙成像技术评估心脏类器官的功能。研究使用的样本队列来自参与 “Genomic Answers for Kids” 项目的患者。
患者来源 iPS 细胞的规模化生成
研究人员所在的研究所发起 “Genomic Answers for Kids” 项目，旨在对 30,000 名受遗传疾病影响的儿童进行基因组测序。项目中患者提供的血液样本用于基因组测序，剩余的 PBMCs 被冷冻保存。研究人员优化 iPS 细胞重编程策略，开发出一种高效的重编程方案。该方案使用定制的重编程鸡尾酒（包含多种抑制剂和生长因子）和离心步骤，能在 2 - 3 周内将 PBMCs 重编程为 iPS 细胞，并建立细胞系存入生物样本库。经过大量实验验证，这些 iPS 细胞表达多种 iPS 细胞标记，基因组完整，具有多能性，且在传代 25 - 30 次后仍能保持多能性和稳定性。在 6 个月内，研究人员成功生成近 300 个患者来源的 iPS 细胞系，成功率超 93%，且发现重编程结果主要受可用 PBMCs 数量影响。
将 ASO 递送至类器官
为优化 ASO 递送策略，研究人员以心脏肌钙蛋白 T（由 TNNT2编码）为靶点设计了 3 种不同的 ASO，分别靶向 AUG 翻译起始位点、剪接供体位点和剪接受体位点。在商业化 iPS 细胞系来源的心脏类器官中，研究发现靶向 AUG 翻译起始位点和剪接位点的 ASO 能显著降低心脏肌钙蛋白 T 的表达，且经 ASO 处理的心脏类器官钙瞬变消失，节律性收缩丧失，表明 ASO 可在 iPS 细胞来源的类器官模型中实现强大的基因扰动。
评估现有 ASO 疗法
研究人员选取一名患有杜氏肌营养不良症（DMD）的患者（患者 1），其 DMD 基因存在外显子 46 - 53 的结构性缺失。针对这一情况，研究人员设计与 FDA 批准的和处于 II 期临床试验的 ASO 疗法序列匹配的 2′-O - 甲基 RNA，在患者来源的心脏类器官中进行评估。结果显示，这两种 ASO 都能恢复肌营养不良蛋白（dystrophin）的表达，使心脏类器官的钙波动恢复正常，且不影响细胞活力。此外，研究还验证了 ASO 疗效不依赖特定的分化方案，在不同分化方案生成的心脏类器官和患者来源的骨骼肌中，ASO 都能恢复 dystrophin 的表达。
评估个性化 ASO 疗法
研究人员针对另外两名患有 DMD 的患者（患者 2a 和患者 2b，为兄弟姐妹），他们的 DMD 基因存在深内含子突变，导致新的剪接受体位点产生、隐蔽外显子插入和转录提前终止。研究人员设计了两种针对该突变区域的个性化 ASO。在患者 2a 来源的心脏类器官中，这两种个性化 ASO 均能恢复 dystrophin 的表达，纠正 DMD 的剪接异常，使心脏类器官的钙波动恢复正常，且转染效率约为 40%，不影响细胞活力。在患者 2b 来源的心脏类器官中也得到了相似的结果，同时在不同分化方案生成的心脏类器官和骨骼肌中，个性化 ASO 同样能恢复 dystrophin 的表达。
研究结论表明，研究人员成功开发出一种快速、可扩展的平台，用于生成患者来源的细胞模型，并验证了这些模型可用于评估患者特异性 ASO 的疗效。这一研究成果意义重大，为罕见病的个性化治疗提供了新的思路和方法，极大地推动了个性化 ASO 疗法的临床前开发。患者来源的类器官模型能够在较短时间内模拟疾病表型，比传统动物模型更高效，为药物研发提供了有力的工具。尽管个性化 ASO 用于临床还面临一些监管方面的考量，但该平台的建立为这一领域的发展奠定了坚实基础，有望加速个性化 ASO 疗法在临床的应用，为众多罕见病患者带来新的希望 。
