由卡内基梅隆大学和耶鲁大学科学家开发的下一代基因编辑系统使用简单的IV治疗治愈了活体老鼠的遗传性血液病。与流行的CRISPR基因编辑技术不同，新技术可以施用于活体动物并显着减少不需要的脱靶基因突变。Nature Communications报道的研究结果提供了一种新的治疗方法，通过针对造血干细胞中的缺陷基因来治疗血液遗传性疾病，如β地中海贫血和镰状细胞病。

该新型系统依赖于最先进的肽核酸(PNA)分子，这是一种合成的核苷酸技术，已在卡内基梅隆的核酸科学与技术中心(CNAST)开创。

“我们开发了一种系统，该系统使用FDA批准的纳米颗粒来提供我们的PNA分子和供体DNA，以修复活小鼠中的功能失常基因。这还没有通过CRISPR实现，“卡内基梅隆大学梅隆理工学院化学教授，PNA化学专家Danith Ly说。

像CRISPR这样的基因编辑技术依靠DNA切割酶切割目标位点的开放DNA来编辑特定基因。这个问题是双重的。首先，酶很大，因此难以直接给活体动物服用，因此科学家通常会去除细胞，在实验室中对它们进行治疗，然后将它们放回体内。其次，一旦进入细胞内，酶就可以在原始基因靶标以外的位置不加选择地切割DNA。

新的Carnegie Mellon / Yale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，这是一种小型纳米级合成分子，其中蛋白质样骨架与DNA和RNA中的核碱基结合。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，而不会切割细胞自身的DNA修复途径来纠正发生故障的HBB基因。

除了在实验室中测试小鼠和人骨髓干细胞系统之外，研究小组还将完全负载的纳米颗粒静脉内施用于β试验小鼠模型。并且PNA很容易适应纳米粒子递送系统，这是FDA批准的并且已经用于治疗人类的神经退行性疾病。

在最新的研究中，Ly和前研究生Raman Bahal设计了一种PNA来针对β地中海贫血的功能失常基因，这是一种减少血红蛋白产生的血液疾病。血红蛋白减少导致全身缺氧，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。

研究人员与耶鲁大学的Peter Glazer团队一起，将纳米颗粒与PNA结合起来，这是一种编码功能性血红蛋白亚基β(HBB)基因序列的DNA供体链，以及一种增强基因编辑的干细胞因子。当PNA与DNA中的靶位点结合时，它形成PNA-DNA-PNA三链体，留下被置换的DNA链。这种复合物的形成使供体DNA能够与附近的错误DNA位点结合。总之，这种改变的螺旋与地中海贫血有关。结果显示，在造血干细胞中成功进行基因编辑高达7%，并且在治疗后数月内血红蛋白水平升高。这比仅产生0.1%成功率的典型基因编辑方法显着增加。