基因重组：未来医学的新希望？
基因重组：未来医学的新希望？
基因重组技术是现代生物医学领域最具革命性的技术之一，通过DNA片段的断裂和重新组合，产生新的遗传信息。这一技术不仅促进了遗传变异，还在疫苗开发、疾病治疗等领域展现出巨大潜力。
基因重组在疫苗开发中的应用
重组蛋白疫苗，也称基因工程重组亚单位疫苗，本质是通过基因工程方法在工程化细胞（CHO）内大量表达病原体抗原蛋白，并基于纯化后的蛋白进行疫苗构建。这种疫苗具有安全性高、技术相对成熟、生产成本低等特点。与使用完整病原体配制而成的疫苗相比，重组蛋白疫苗能使免疫反应集中在识别少量目标抗原上，且对免疫功能低下者更安全。
然而，重组蛋白疫苗的开发也面临诸多挑战，主要包括优化生产系统、确保产品的稳定性和纯度，以及扩大生产过程等。汉腾生物等公司在这些方面取得了重要进展。
在细胞株开发方面，汉腾生物通过基因扩增、代谢工程和高产克隆筛选，提高细胞株的生产能力。使用如CHOzen® (CHO-K1)等高效宿主细胞株，结合Canvector®等高效载体，实现高表达和快速筛选。利用DTEasy平台解决难以表达的蛋白问题，定制蛋白序列，提高滴度和稳定性。
在上游工艺方面，汉腾生物通过培养基和培养工艺优化，实现重组蛋白和融合蛋白的高产量和高质量生产。采用稳健的放大平台，确保从小规模到大规模生产的无缝过渡，使用先进的生物反应器和控制策略，保持一致性和质量。实施高密度细胞培养、灌流和连续处理，优化营养供应，显著提高生产率，缩短生产时间，确保灵活性和一致性。
在下游纯化方面，汉腾生物采用多种层析技术（如亲和、离子交换和分子筛层析），结合高通量的层析填料筛选平台，快速开发和优化层析工艺，实现超过95%的纯度，降低患者不良反应风险。通过先进的纯化工艺有效去除宿主细胞蛋白 (HCP) 和宿主细胞DNA (HCD)，减少免疫原性，确保安全性。采用优化的策略提高中间品的稳定性，同时确保病毒有效灭活，严格控制病毒污染风险。
在生产规模放大方面，汉腾生物的MSAT团队确保从实验室到中试再到商业化生产的顺利转移。通过详细的差距分析、全面的风险评估和关键工艺参数控制，保证100%成功的工艺放大和技术转移。使用一次性生物反应器和系统，提供生产灵活性，快速调整产量，减少批次间污染风险，并简化清洁过程。一次性技术的使用降低了设备准备时间和维护成本，提高生产效率，确保产品质量一致性，广泛获得监管机构认可。采用QbD 方法确保从一开始就在生产过程中嵌入质量控制，通过理解工艺参数与产品质量属性的关系，识别并控制关键工艺参数，确保持续生产高质量疫苗。确保所有工艺放大后的操作符合GMP和其他监管标准。通过详细的文档记录和验证研究，证明工艺稳健性和一致性，保证产品合规和生产可靠性。
汉腾生物基于丰富的疫苗开发经验，成功应对了各种疫苗项目的复杂性，包括COVID疫苗、呼吸道合胞病毒 (RSV) 疫苗、带状疱疹疫苗等，始终满足监管标准并实现高效力。
基因重组在疾病治疗中的应用
近年来，基因组编辑技术的迅猛发展，尤其是CRISPR-Cas9系统的广泛应用，研究人员不仅在基础研究中取得了突破性进展，也为临床治疗带来了前所未有的可能性。基因组编辑技术使得我们能够精确地对基因组进行修改，修复有缺陷的基因，甚至替换致病突变，为治愈遗传性疾病和癌症等重大疾病提供了新的希望。
然而，这项技术的应用并非没有代价，特别是当涉及到同源重组修复（HDR）时，其低效性一直制约着精准编辑的实现。HDR虽然能提供精准的基因修复，但在细胞中的修复效率远低于非同源末端连接（NHEJ），后者虽效率更高，却易产生基因组不稳定性，带来潜在风险。
为了解决这一问题，研究人员开始探索使用DNA-PKcs抑制剂AZD7648来提高HDR效率。实验结果显示，在使用AZD7648处理K-562细胞和人类造血干细胞（HSPCs）时，HDR率显著提升。例如，在K-562细胞中，短读长测序（Short-read sequencing）显示，HDR比例达到了93%，而使用传统方法时，HDR比例只有约50%。类似地，在人类造血干细胞中，HDR事件也显著增加，显示出AZD7648在提高基因组编辑精确性方面的重要作用。
然而，研究也发现AZD7648的使用可能引发一系列严重的基因组不稳定性，包括大规模基因缺失、染色体丢失和重排等。这些基因组变异可能对细胞的正常功能产生重大影响，甚至引发肿瘤等严重疾病。因此，在探索AZD7648及类似技术的临床应用时，我们必须谨慎权衡其提升编辑效率与可能引发的基因组不稳定性之间的风险。
在另一项重要研究中，中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院研究员李伟与周琪团队开发了一种基于R2逆转座子的全RNA介导基因写入技术。该技术利用RNA供体实现大片段基因（>1.5 kb）的高效精准整合，最高效率超过60%。这一突破解决了现有技术中DNA供体面临的免疫原性高、递送困难等问题，为基因治疗提供了新的可能性。
未来发展前景
基因重组技术的未来发展前景广阔。根据Gartner的研究，全球生物技术市场预计将在未来五年内增长超过20%。这种增长主要得益于重组DNA技术在基因治疗、疫苗开发和农业生物技术等领域的广泛应用。以疫苗开发为例，科学家们利用重组DNA技术快速设计出针对新型病毒的疫苗，显著缩短了研发周期。
在技术发展方面，质粒载体构建和细胞培养技术的进步将为生物技术带来更多可能性。衍因智研云等数字化科研协作平台的出现，也为科研人员提供了更高效的数据管理和协作工具。然而，随着技术的进步，公众对基因编辑技术的认知和接受程度也成为影响其发展的重要因素。
未来，我们需要在技术研发与伦理监管之间找到平衡，以推动生物技术的可持续发展。科研人员、实验室技术员和分子生物学家应积极参与到这一进程中，共同探讨基因编辑与质粒载体构建的最佳实践。
总之，基因重组技术正在为医学领域带来革命性的变化。虽然面临诸多挑战，但其在疫苗开发、疾病治疗等领域的巨大潜力，预示着一个充满希望的未来。