CGM第497期：环状单链DNA实现高效的非病毒免疫细胞工程化改造
Full Circles Therapeutics（赋生元） · 联合创始人兼首席科学官
（Howard Wu）博士, 在基因编辑技术和新药研发领域拥有 20余年经验，专注于生物技术初创公司的 研发和管理。吴博士是 Full Circles Therapeutics （赋生元）的 联合创始人兼首席科学官 (CSO)，致力于开发基于基因编辑的治愈性基因与细胞疗法。在创立 Full Circles Therapeutics 之前，吴博士曾在 Fulcrum Therapeutics Inc. (NASDAQ: FULC) 领导多个新药研发研究项目。Fulcrum 是一家总部位于剑桥的遗传疾病药物研发公司，他在公司从初创期到上市后的整个发展阶段中发挥了重要作用，领导公司跨职能团队进行疾病领域战略部署，涵盖神经肌肉疾病、心血管疾病、血液病和代谢疾病，并主导了 Fulcrum 与 MyoKardia 及 Acceleron 两大重要合作项目。在加入生物医药行业之前，吴博士曾是 麻省理工学院 (MIT) 怀特海德研究所 (Whitehead Institute) 的高级研究员，专注于神经系统疾病研究。他利用 CRISPR/Cas9 基因组和表观基因组编辑技术结合干细胞及其定向分化技术，探索创新的治疗策略。吴博士在香港科技大学 (HKUST) 获得 生物化学与结构生物学博士学位，并在复旦大学获得化学学士学位。随后，他在 约翰霍普金斯大学医学院 (Johns Hopkins University School of Medicine) 和霍华德休斯医学研究所 (Howard Hughes Medical Institute) 进行了博士后研究。作为一位高产出的科学家，吴博士在 Cell、Nature Biotechnology、Neuron、Science Translational Medicine、Molecular Cell、 Nature Communications等顶级期刊上发表了 40 余篇论文、专利和科研基金项目。因其卓越贡献，他荣获了包括人类前沿科学项目 (HFSP) 研究员奖、NARSAD 青年科学家奖、阿尔弗雷德·布拉洛克青年研究员奖 以及怀特海德研究所主席奖在内的多项殊荣。吴博士也担任多项科学期刊特邀编委。
尽管CRISPR/Cas9技术已广泛应用于基因编辑领域，实现了高效的靶向基因敲除和单碱基编辑，但大片段基因精准定点整合仍然是技术难点。当前的基因递送技术面临以下问题：1. 病毒载体的局限性—包括免疫原性，容易引发免疫反应；生产困难，病毒制备工艺复杂且成本高；载荷限制，如腺相关病毒AAV载体的基因容量有限；以及安全疑虑，慢病毒和腺相关病毒的随机基因片段整合可能带来潜在的安全风险； 2. 非病毒方法的不足—包括双链DNA（dsDNA）存在效率低及毒性高等问题，以及线性单链DNA（lssDNA）存在量产困难等挑战。这些技术瓶颈为免疫细胞（如CAR-T细胞）的工程化改造和癌症免疫治疗的临床应用带来了严峻挑战。因此，亟需一种 非病毒、高效、安全的定点基因整合技术路径。近日，美国波士顿剑桥的Full Circles Therapeutics （赋生元）研发团队开发了一种创新的环形单链DNA（cssDNA）技术，能够在多种细胞类型中实现高效的基因整合，成功率最高可达70%。这一系统可携带长达20 kb的遗传序列，展示了在CAR-T细胞疗法开发中的巨大潜力。他们将这种实现非病毒大片段基因组定点整合的平台技术称之为GATALYST (Genome engineering catalyst)，实现了高效的CAR-T和CAR-NK等免疫细胞的非病毒工程化改造。使用传统的双链DNA作为供体时，基因整合率通常只有个位数， 并且细胞毒性非常高。而cssDNA能够实现更高的效率，基因定点整合率可达50%至70%， 并确保较高的细胞活率和得率。这种效率的提升节省了大量时间和资源，有望降低治疗产品的成本，最终使治疗更加负担得起，并提高患者的可及性。
参考文献
- Thomas Malachowski, Keerthivasan Raanin Chandradoss, Ravi Boya, Linda Zhou, Ashley L. Cook, Chuanbin Su, Kenneth Pham, Spencer A. Haws, Ji Hun Kim, Han-Seul Ryu, Chunmin Ge, Jennifer M. Luppino, Son C. Nguyen, Katelyn R. Titus, Wanfeng Gong, Owen Wallace, Eric F. Joyce, Hao Wu, Luis Alejandro Rojas, Jennifer E. Phillips-Cremins. Spatially coordinated heterochromatinization of long synaptic genes in fragile X syndrome. Cell. 2023;186(26):5840-5858.e36. DOI: 10.1016/j.cell.2023.11.019
- Keqiang Xie, Jakob Starzyk, Ishita Majumdar, Jiao Wang, Katerina Rincones, Thao Tran, Danna Lee, Sarah Niemi, John Famiglietti, Bernhard Suter, Richard Shan, Hao Wu. Efficient non-viral immune cell engineering using circular single-stranded DNA-mediated genomic integration. Nature Biotechnology. 2025;43(11):1821-1832. DOI: 10.1038/s41587-024-02504-9
- Hangu Nam, Keqiang Xie, Ishita Majumdar, Jiao Wang, Shaobo Yang, Jakob Starzyk, Danna Lee, Richard Shan, Jiahe Li, Hao Wu. Engineering tripartite gene editing machinery for highly efficient non-viral targeted genome integration. Nature Communications. 2025;16(1):4569. DOI: 10.1038/s41467-025-59790-3
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