基于患者来源类器官的快速可扩展个性化ASO筛选
基于患者来源类器官建立个性化反义寡核苷酸（ASO）筛选平台
学术背景
近年来，随着基因组测序技术的快速发展，越来越多的罕见遗传病被发现与特定的基因突变相关。反义寡核苷酸（Antisense Oligonucleotides, ASOs）作为一种能够靶向特定RNA序列的治疗手段，已经在多种遗传病的治疗中展现出潜力。ASOs通过结合目标mRNA，调节RNA的加工过程或影响蛋白质的表达水平，从而纠正由基因突变引起的病理表型。然而，尽管ASOs在实验室和临床中取得了显著成果，其个性化设计和临床前评估仍然面临时间和成本上的巨大挑战。特别是对于罕见病患者，开发针对其特定基因突变的ASOs需要高效的模型系统来验证其疗效。
为了解决这一问题，研究人员开发了一种基于患者来源类器官（organoids）的快速、可扩展的ASO筛选平台。该平台利用患者来源的诱导多能干细胞（iPSCs）生成类器官模型，并通过这些模型进行ASOs的临床前评估。这一方法不仅能够快速生成患者特异性的疾病模型，还能在短时间内验证ASOs的治疗效果，为罕见病的个性化治疗提供了新的可能性。
论文来源
这篇论文由John C. Means、Anabel L. Martinez-Bengochea、Daniel A. Louiselle等研究人员共同完成，研究团队来自Children’s Mercy Kansas City的基因组医学中心和儿童研究所，以及University of Missouri-Kansas City School of Medicine和University of Kansas Medical Center。论文于2024年11月27日被接受，并发表在Nature期刊上。
研究流程与结果
1. 患者来源iPSCs的快速生成
研究团队首先开发了一种高效的iPSCs生成平台。他们利用患者的外周血单核细胞（PBMCs）作为起始材料，通过优化的重编程方法，仅需3周即可生成iPSCs。这一方法结合了多种重编程因子（如GSK抑制剂CHIR99021、MEK抑制剂PD0325901等），并通过离心步骤促进细胞在基质胶（Matrigel）上的附着。研究团队成功生成了近300个患者来源的iPSCs系，成功率超过93%。这些iPSCs经过多轮传代后仍保持稳定的多能性和基因组完整性。
2. 类器官模型的生成与验证
研究人员将患者来源的iPSCs分化为三维类器官模型，包括心脏类器官和脑类器官。这些类器官模型能够重现疾病相关的表型，例如在杜氏肌营养不良症（DMD）患者中，心脏类器官表现出肌营养不良蛋白（dystrophin）表达的缺失。通过基因组测序和RNA测序，研究团队确认了这些类器官模型中存在的基因突变，并验证了其与患者病理表型的一致性。
3. ASOs的设计与递送
研究团队设计了多种ASOs，靶向不同的RNA区域，包括翻译起始位点、剪接供体位点和剪接受体位点。他们将这些ASOs递送到心脏类器官中，并通过免疫荧光、Western blot和RNA测序等方法评估其效果。结果显示，ASOs能够有效抑制目标基因的表达或调节RNA剪接过程。例如，靶向心脏肌钙蛋白T（TNNT2）的ASOs显著降低了该蛋白的表达，并导致心脏类器官的收缩功能丧失。
4. 现有ASOs治疗效果的评估
研究团队还评估了FDA批准的ASOs在患者来源类器官中的效果。他们选择了DMD患者，其基因突变导致外显子46-53的缺失。通过设计与外显子45跳跃治疗相匹配的ASOs，研究人员成功恢复了肌营养不良蛋白的表达，并改善了心脏类器官的收缩功能。这一结果表明，患者来源的类器官模型可以用于评估现有ASOs的疗效。
5. 个性化ASOs的开发与验证
针对两名携带深内含子突变的DMD患者，研究团队设计了两种个性化的ASOs。这些ASOs靶向突变位点，成功恢复了正常的RNA剪接过程，并恢复了肌营养不良蛋白的表达。通过钙成像技术，研究人员观察到ASOs处理后的心脏类器官恢复了正常的收缩节律。这一结果表明，个性化ASOs在患者来源的类器官模型中具有显著的疗效。
结论与意义
该研究开发了一种快速、可扩展的ASO筛选平台，利用患者来源的类器官模型进行个性化ASOs的临床前评估。这一平台不仅能够加速ASOs的开发过程，还为罕见病的个性化治疗提供了新的工具。通过这一平台，研究人员能够在短时间内生成患者特异性的疾病模型，并验证ASOs的治疗效果，从而为罕见病患者提供更精准的治疗方案。
研究亮点
- 高效的患者来源iPSCs生成平台：研究团队开发了一种仅需3周即可生成iPSCs的方法，显著缩短了疾病模型的建立时间。
- 类器官模型的广泛应用：通过患者来源的类器官模型，研究人员能够重现疾病表型，并验证ASOs的治疗效果。
- 个性化ASOs的开发：研究团队成功设计了针对特定基因突变的个性化ASOs，并在类器官模型中验证了其疗效。
- 快速临床前评估：该平台能够在短时间内完成ASOs的临床前评估，为罕见病的治疗提供了新的可能性。
其他有价值的信息
研究团队还展示了该平台在其他疾病模型中的应用潜力，例如脑类器官和骨骼肌模型。这些结果表明，患者来源的类器官模型不仅可以用于ASOs的评估，还可以用于其他药物开发和高通量筛选。此外，研究团队还提供了详细的实验方法和数据分析流程，为其他研究人员提供了参考。
这项研究为罕见病的个性化治疗提供了新的工具和方法，具有重要的科学和应用价值。