利用 CRISPR 细胞工程加快药物产品线
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CRISPR 细胞工程提供的疾病模型经过改善且靶标信号更清晰，可以提高临床前产品线的准确性和速度。
近几十年来，药物开发的时间和成本逐步上升，目前来看，成功上市一款新药平均需要 10-15 年，花费超过 20 亿美元1-3。临床阶段药物开发失败的主要原因在于药物对目标疾病适应症的疗效不佳 4。临床前开发阶段验证不充分和错误发现率高已成为导致靶点疗效不佳的主要因素。
2012 年，随着 CRISPR 的出现，研究界找到了提高临床前开发阶段准确性和速度的新方法，CRISPR 也日益成为加速药物产品线的常用方法。CRISPR 基因编辑可用于敲除基因和敲入新表达基因，生成单点突变，并且随着 CRISPR 激活和干扰（CRISPRa/CRISPRi）技术的研发，还可用于调节基因表达，以确保生成最具代表性的模型，为药物开发提供支持。
CRISPR 消减了产品线损耗
CRISPR 提高了基因工程技术的速度和准确性，促进了复杂疾病相关细胞检测的发展，以提高药物治疗的可预测性。目前，大多数临床前检测均无法解决安全性问题，也无法评估靶外效应5。使用 CRISPR 细胞工程可以更加准确地研发疾病相关模型，改善临床前结果，从而防止后期开发阶段的损耗。典型的临床前过程包括几个常见阶段；药物靶点的识别与验证、高通量筛选、命中验证和先导化合物优化。CRISPR 在各阶段被用于加快工作流程，加速和验证产品线，从而减少后期损耗，最终减少开发成本。
临床前产品线阶段 | CRISPR 编辑 | 使用 CRISPR 模型获得的结果 |
靶点识别 |
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高通量筛选 |
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命中验证 |
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先导化合物优化 |
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可在单个细胞系模型中分析多个基因编辑，从而更好地重现疾病。在临床前阶段检测中使用这些 CRISPR 编辑细胞，有助于清除无效化合物，以及在发现过程早期识别出最有效的分子5-7。
努力跟上 CRISPR 的速度
CRISPR 提高了研究的准确性和潜力，改进了候选药物的分析和验证方法，提高了临床前阶段的准确度。采用 CRISPR 基因编辑法不仅可以节省成本，而且可以消除药物开发过程中的风险。
虽然 CRISPR 给药物开发工作带来了新的希望和可能性，但是 CRISPR 细胞系或模型工程不仅仅是一个简单的技术过程。全面完成一套 CRISPR 工作流程需要花费数月的时间和大量资源。期间只要出现一个错误，就可能导致整个工作流程失败；直到结束阶段才能得出结果。研究表明，研究人员通常需要重复整个 CRISPR 过程 3-4 次，才能获得他们开展项目所需的模型 9。上市速度在药物开发竞争领域至关重要，因此需要快速的数据周转为此提供支持。
创建 CRISPR 细胞系时常见的问题
目前尚无 CRISPR 细胞系开发方面的通用方案或指南。因此，细胞工程师需要花时间针对具体实验精心优化实验方案中的每个参数8。
使用 CRISPR 靶向目标基因区域时，可以引入一个向导，用来指导 CRISPR-Cas9 机制进入 DNA 片段进行编辑。CRISPR 支持多种向导形式，包括单向导 RNA（sgRNA）、质粒和慢病毒；选择正确的向导形式需要了解待编辑的细胞类型并且具备使用各种向导形式有效将向导传递至细胞的经验。设计出特异性向导序列，并且准确预测向导与基因组中序列的结合方式，可以增强编辑的成功率。目前有多种 in silico 工具可预测向导序列的结合情况，以及 Cas9 切割的特异性和效率。此外，供应商还可以帮忙快速制造正确的向导，从而为 CRISPR 科学家提供支持。
在敏感细胞类型（如原代细胞和干细胞）中进行 CRISPR 工程细胞转染非常困难，需要进行多项优化并且具备专门的培养条件。即使对要编辑的细胞类型有着非常深入的了解，也要对 CRISPR 方案中的转染、细胞分离和扩增步骤进行多项优化才能成功。
对目标细胞进行 CRISPR 编辑后，需要进行克隆选择，这一过程对同质基因编辑细胞群的培养至关重要。在此过程中，可以对基因编辑进行全面表征，并对使用 CRISPR 细胞模型的任何下游结果进行简单解释，从而加快 CRISPR 在药物开发方面的使用。细胞富集可以减少获取克隆细胞群所需细胞的传代次数，从而提高下游实验细胞群的健康状态。但是，这些阶段会非常耗时，而且对技术的要求较高。进行单细胞扩增时，需要对多个克隆进行广泛筛选，以确定目标编辑，特别是在处理效率较低的 CRISPR 时，例如基因敲入细胞系。在没有充分优化生长条件的情况下，可能会导致珍贵的细胞样本死亡、努力白费。
CRISPR 细胞工程技术复杂，需要进行多项优化才能成功。要想在多个不同的 CRISPR 方案步骤中实现所需数量的优化，使用自动化平台会大有裨益 9。但是，要想开发一个有效的内部 CRISPR 平台，需要大量实验空间较大的培养设施和设备，同时还需要大量的时间和技术娴熟的工作人员，这对许多公司来说都是一个挑战。
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参考文献
- Deloitte. Ten years on, measuring the return from pharmaceutical innovation. (2019)
- Dimasi JA, Grabowski HG, Hansen RW. Innovation in the Pharmaceutical Industry: New Estimates of R&D Costs. J Health Econ. (2016)
- Pammolli F, Magazzini L, Riccaboni M. The productivity crisis in pharmaceutical R&D. Nature News. (2011)
- Hingorani AD et al. Improving the odds of drug development success through human genomics: a modelling study. Sci Rep. 9 (2019)
- Corrigan-Curay J et al. Genome Editing Technologies: Defining a Path to Clinic. Mol Ther. 23(5): 796–806 (2015)
- Muthuirulan P. CRISPR: Kick-starting the revolution in drug discovery. Drug Target Review. (2019)
- Enzmann BL, Wronski A. How CRISPR is accelerating drug discovery. GENENG News. (2019)
- SelectScience. Speeding the transition from bench to bedside with CRISPR-Cas9. (2020)
- Synthego. CRISPR Benchmark Report (2019)