认知生命的钥匙，改变未来的技术-合成生物学在精准医疗中的应用

认知生命的钥匙，改变未来的技术-合成生物学在精准医疗中的应用

合成生物学的主要目标是设计和构建具有新功能的生物系统，这些功能模块通常是蛋白质编码或调节DNA部分，它们从各种生物体中克隆或合成，并组装在一起形成遗传回路，目前已开发出了各种合成生物学方法和工具，以促进细胞工厂建设的设计-建造-测试-学习循环。合成生物学在多个领域展现了广泛的应用前景，在医药领域合成生物学被用于疾病诊断、疫苗、抗生素、药物、基因治疗和细胞工程等产品[1]。例如，利用mRNA技术快速人工合成疫苗，利用基因编辑技术治疗遗传疾病，设计细胞行为和表型精确调控的免疫细胞治疗肿瘤，开发快速、灵敏的诊断试剂等。

基因组编辑技术

基因组编辑技术能够精确地在基因组上添加、去除或修改遗传信息，这为合成生物学提供了强大的工具，被应用于合成生物学的标准化和模块化等多个领域中。基因组编辑工具，如锌指核酸酶（ZFN）、转录激活因子样核酸酶（TALEN）和成簇的规则间隔短回文重复序列（CRISPR）与Cas9核酸酶（CRISPR/Cas9系统）相结合，被越来越多地用于基因治疗和疾病建模[2]。

生物传感器

生物传感技术的三个重要参数是灵敏度、特异性和快速性。基于合成细胞的生物传感器有望成为体内常规病理生理监测的自主设备。例如，人类共生细菌可以被设计成拥有传感器、存储器、控制电路和报告基因，以记录分子事件并以高效、非侵入性的方式提供诊断信息。此外，基于噬菌体的体外诊断依赖于通过工程噬菌体颗粒对目标细菌物种的特异性识别，当噬菌体与靶细胞结合时，靶细胞接受工程噬菌体基因组，即报告基因的表达位点和噬菌体复制位点[3]。

合成免疫学

嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（CAR-T）是一种治疗肿瘤的新型精准靶向疗法，近几年通过优化改良在临床肿瘤治疗上取得很好的效果，是一种能够精准、快速、高效，且有可能治愈癌症的新型肿瘤免疫治疗方法。‌合成生物学‌通过引入新的基因编辑技术和纳米材料，科学家们能够设计更精确的治疗策略，从而提高CAR-T细胞对特定肿瘤的识别和攻击能力，同时减少对正常细胞的损害。有研究者创建了肿瘤特异性synNotch受体电路并将其导入CAR-T细胞，使其具有局部诱导产生细胞因子IL-2的能力，成功克服了肿瘤微环境的免疫抑制[4]。

干细胞治疗

‌哺乳动物细胞可以被设计成以可编程、可控和可预测的方式接收用户定义的输出、处理这些输出并产生相应的响应[5]，科学家们利用合成生物学技术，开发了多种工具和方法来实现这一目标。工程化的干细胞可以通过直接产生治疗分子或促进其他治疗细胞再生从而推动临床治疗。例如，改造的间充质干细胞具有固有的癌细胞趋向性，可以利用它们将治疗药物递送至肿瘤微环境中。此外，改造干细胞中的合成谱系控制网络能够促使干细胞分化为具有治疗功能的细胞。

未来发展趋势

在基于合成生物学的疗法成为可用的临床选择之前，需要付出不少的努力，个性化工程医学很有可能会是未来的一种治疗策略。相信随着使能技术与理论创新的系列突破、基因组合成与组装能力的迭代提升以及细胞工厂和新生物系统的构建与应用，合成生物学将进一步推动精准医疗的发展，‌使得精准医学技术可以发挥更加优异的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。