由卡内基·梅隆大学和耶鲁大学的科学家开发的下一代基因编辑系统，已经通过简单的静脉内治疗来治愈了活体小鼠的遗传性血液病。与流行的CRISPR基因编辑技术不同，该新技术可用于活体动物，并显着减少不需要的脱靶基因突变。该发现发表在《自然通讯》上，通过靶向造血干细胞中的错误基因，提供了一种新的治疗方法来治疗血液遗传疾病，例如β地中海贫血和镰状细胞病。

该新型系统依赖于最新的肽核酸(PNA)分子，这是卡耐基梅隆核酸科学技术中心(CNAST)率先开发的一种合成核苷酸技术。

“我们已经开发了一种系统，该系统使用了FDA批准的纳米颗粒来递送我们的PNA分子以及供体DNA来修复活体小鼠中的功能异常基因。卡内基梅隆大学梅隆理工学院化学教授，PNA化学专家丹尼斯·赖说：“使用CRISPR尚未实现这一目标。”

CRISPR等基因编辑技术依靠DNA切割酶在目标位点切割开放的DNA来编辑特定基因。这个问题是双重的。首先，这些酶很大，因此难以直接施用于活体动物，因此科学家通常将细胞去除，在实验室中对其进行处理，然后再将其放回体内。其次，一旦进入细胞内，这些酶就可以在原始基因靶标以外的位置任意切割DNA。

新的卡内基梅隆/耶鲁系统避免了这两个问题。新系统由含有PNA的生物相容性纳米粒子组成，纳米粒子是小的纳米合成分子，其中的蛋白质样骨架与DNA和RNA中的核碱基结合在一起。PNA旨在打开双链DNA并以高度特异性的方式结合在靶位点附近，而无需切断细胞自身的DNA修复途径来纠正功能异常的HBB基因。

除了在实验室中在小鼠和人类骨髓干细胞上测试该系统外，该研究小组还通过静脉内将完全加载的纳米颗粒施用于小鼠beta模型。而且PNA易于装入FDA批准的纳米颗粒输送系统中，并且已经用于治疗人类神经退行性疾病。

在最新研究中，Ly和一名前研究生拉曼·巴哈尔(Raman Bahal)设计了一种PNA，以针对β地中海贫血中的功能异常基因为目标，地中海贫血是一种血液异常，可减少血红蛋白的产生。血红蛋白减少会导致整个身体缺氧，这可能导致许多问题，包括皮肤苍白，虚弱，疲劳和更严重的并发症。

与耶鲁大学的彼得·格拉泽(Peter Glazer)的团队一起，研究人员将PNA，编码功能性血红蛋白亚基β(HBB)基因序列的DNA的供体链和增强基因编辑的干细胞因子装满了纳米颗粒。当PNA与DNA中的靶位点结合时，它会形成PNA-DNA-PNA三链体，留下一条置换的DNA链。这种复合物的形成使供体DNA结合到附近的有缺陷的DNA位点。综上所述，这种改变的螺旋参与了地中海贫血。结果显示，在治疗后的几个月中，造血干细胞成功进行了高达7%的基因编辑，并且血红蛋白水平升高。与仅产生0.1%成功率的典型基因编辑方法相比，这是惊人的增长。

Ly说：“效果可能只有7%，但这是治愈的。”对于这种特殊的疾病模型，您不需要进行很多校正。您不需要100%就能看到表型恢复正常。”