2026-05-08 17:11:33, Defen/Kangyang Cytiva(思拓凡)
过去十年,CRISPR‑Cas9的出现让基因编辑完成了一次重要的跃迁。通过对sgRNA与Cas9的精准设计,基因编辑获得了高度可控的靶向性,并将应用边界从传统的基因敲除(knock‑out),拓展至碱基编辑(base editing)等更精细的编辑方式,为整个领域带来了革命性突破。
从最初用于实验室功能研究的基因敲除工具,到今天逐步覆盖细胞治疗、遗传病、心血管疾病以及罕见病等多个治疗方向,基因编辑已成为下一代药物开发中极具潜力的核心技术之一。然而,随着应用场景从科研走向临床,行业面临一个关键命题:能否实现编辑不再是最大难题,能否安全、稳定、规模化地完成递送与制造,才是决定技术最终走向临床的核心。
应用扩展正在同步抬高临床门槛
从应用角度看,当前主流的基因编辑策略主要集中在基因敲除、碱基编辑以及以T细胞或造血干细胞(HSC)为代表的ex vivo细胞治疗。随着这些应用逐步进入临床阶段,行业对基因编辑体系提出了远高于科研阶段的要求,包括更严格的安全性边界、更好的细胞功能完整性,以及清晰可行的规模化与成本控制路径。基因编辑不再只是“是否能实现编辑”,而是“是否具备成为真实治疗手段的能力”。
基因编辑面临的三大核心难点
一套完整的基因编辑体系,并不只是Cas9 mRNA/ 蛋白与sgRNA的简单组合,而是整套高度整合的分子系统。递送环节需要同时解决三大问题:
编辑工具如何高效进入靶细胞
如何降低细胞应激与毒性
如何在保证编辑效率的同时维持细胞状态
递送方式直接决定编辑系统在细胞内的真实表现,也决定后续能否放大与临床转化。
在早期基因编辑工具开发阶段,关注点往往集中在编辑效率本身。但在真实应用中,高编辑效率如果伴随细胞活性下降或功能受损,同样无法支撑临床转化。尤其在T细胞、HSC等ex vivo场景中,高编辑效率与良好的细胞状态缺一不可,这两者共同决定了编辑细胞是否“好用”。
在实验室小规模条件下,很多基因编辑方案能够同时获得理想的编辑效率与细胞状态,但一旦进入放大阶段,这些结果往往难以复现。编辑效率下降、批间差异扩大、工艺窗口变窄,都是常见问题。如何实现从研发到工艺再到生产的平稳衔接,是基因编辑药物走向临床过程中必须跨越的关键门槛。
gRNA制造
一个经常被低估的产业级变量
在讨论递送方式之前,一个更基础却常被忽视的问题是:编辑系统中所使用的gRNA,本身是否具备稳定、可放大的制造路径。gRNA的生产工艺直接影响产品纯度、一致性、免疫风险以及整体成本结构,目前主要包括三种路径。
固相化学合成是短链小核酸商业化的成熟的生产方式,尤其适合短链sgRNA片段或crRNA/tracrRNA拆分式合成。该方法采用亚磷酰胺化学法,在固相载体上通过“脱保护-偶联-氧化-盖帽”循环,从3''端向5''端逐个添加核苷酸。其优势在于化学修饰灵活、工业化程度高,适合大规模生产;但随着链长增加,偶联效率下降,长链sgRNA的纯度控制具有挑战性。
Cytiva的Oligo合成仪在100-150nt的sgRNA合成上已取得了成功,同时,Cytiva也能够提供合成-层析-超滤全链条研发生产关键工艺设备及关键耗材。
Cytiva Oligo 整体解决方案
体外转录是实验室和早期开发中最常见的方式之一,适合制备较长RNA分子。通常需要先制备含T7启动子的双链DNA模板,再利用T7 RNA聚合酶在体外进行转录。该方法成本较低、长度限制小,可轻松合成全长sgRNA甚至pegRNA,但难以引入定点化学修饰,且易产生双链RNA等副产物,需要严格的纯化流程以降低免疫风险。
酶连接法是一种化学合成与酶法反应相结合的混合策略,先化学合成高纯度短片段,再利用RNA连接酶拼接成完整长链,兼顾长度和纯度优势,特别适合高纯度全长sgRNA或pegRNA的制备,但当前商业化成熟度仍在提升过程中。
从产业角度看,gRNA的制造路径选择,将直接影响后续递送体系的稳定性、安全性与规模化可行性。
递送现实:病毒与电转的边界
体内基因编辑传统方案多依赖AAV,但包装容量有限、存在免疫原性与潜在整合风险,限制了临床应用;细胞治疗中常用的电穿孔技术虽成熟,但细胞毒性较高,会影响细胞活性与扩增能力。
LNP作为一种非病毒载体,具备低免疫原性、高负载容量、可规模化生产的特点,是解决上述两大痛点的理想候选。
原代T细胞与CD34+造血干细胞是传统“难转染”体系。LNP递送可在实现高效编辑的同时,维持高细胞活性。
采用Cytiva GenVoy‑ILM T细胞试剂盒与CD34+ HSC LNP试剂盒分别对T细胞及HSC进行体外转染,数据表现优异:
在T细胞中,TCR/ CD52双敲效率可达~90%,细胞活性维持在>90%。在CD34+ HSC中,CD45基因敲除效率80–90%,原始HSC表型(CD34+/CD38-/CD90+/CD133+)得以良好保留。
与电转相比,LNP递送的编辑细胞“有效产量”显著提升:在相同编辑条件下,LNP可获得更高阳性编辑比例,活细胞数量更多、增殖能力更强。这一优势对CAR‑T、造血干细胞治疗等既要高编辑效率、又依赖细胞扩增的应用至关重要。
LNPs yield higher double edited (TCR-/CD52-) cells than electroporation in T cell
LNPs yield higher proliferation and edited cells compared to electroporation
针对不同规模的体外制备体系,经GenVoy-ILM T细胞试剂盒转染后的T细胞,在基因转染效率、细胞活性及肿瘤细胞杀伤能力上表现出了高度的一致性,说明LNP递送体系可以有效实现不同规模下的基因递送,保障药物开发从早期研究顺利过渡到临床转化。
Scalability of cell culture and treatment parameters exemplified with various vessel types and sizes tested in T cells
在经CD34+ HSC LNP细胞试剂盒转染后的HSC也表现出同样的放大可及性,在基因编辑效率、细胞表型、细胞活性及功能上可实现不同制备规模及制备场景下的一致性。
Scale-up of cell culture process from discovery to pre-clinical applications for HSC
在体内基因编辑方向,Cytiva利用专有可电离阳离子脂质库,系统评估了LNP在小鼠肝脏中的递送效果。
针对TTR及PCSK9的基因编辑,LNP递送系统在单次注射(2 mg/kg)后可以在小鼠体内实现50%-80%的基因编辑效率,同时血清中蛋白水平可降低70%-90%。
Cytiva lipids for gene editing in liver at TTR loci and base editing in liver at PCSK9 loci
当基因编辑进入规模化与临床转化阶段,递送系统与上游制造路径正在成为决定技术走多远的关键变量。无论是细胞治疗的体外改造,还是基因疗法的体内编辑,唯有安全、高效、可放大的递送路径被打通,基因编辑才能真正从实验室走向临床,成为普惠患者的常规治疗手段。
Cytiva将持续以技术创新为引擎,携手全球生物医药合作伙伴,不断突破技术边界、优化产业流程,让基因编辑技术真正走出实验室、迈入临床一线,为全球患者带来更安全、更高效、可及性更高的创新治疗方案,推动基因医药产业迈向全新发展时代。
Cytiva mRNA整体解决方案
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