來自美國杜克大學的研究者們研究出一種新的方式，可以不必使用加入額外的基因片段來改變細胞特性，而是直接用 CRISPR 基因工程技術(shù)，將本來就存在于基因組上的基因片段活化，以此達成改變細胞功能的作用。

自從 2006 年京都大學再生醫(yī)學研究所（Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University）山中伸彌教授發(fā)現(xiàn)了纖維組織母細胞（fibroblast，一種**結(jié)締組織細胞）轉(zhuǎn)變回尚未成熟還未分化成干細胞的方法，創(chuàng)造了誘導性多功能干細胞（iPS 細胞）。這項研究很快的受到重視，也讓山中伸彌教授在僅僅 6 年后就獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

在此之后，各方研究者發(fā)現(xiàn)了許多方法使兩種不同形式功能的細胞能夠互相轉(zhuǎn)換。它們的原理大多是利用加入扮演類似“主控開關(guān)”功能的基因片段，這些片段能夠開啟特定種類的細胞中一系列的基因，并生產(chǎn)該類細胞所需的蛋白質(zhì)。

在這項于今年 8 月 11 日發(fā)布于科學期刊 Cell Stem Cell 的研究中，科學家運用**性的基因工程科技 CRISPR，將從小鼠分離出來的結(jié)締組織直接轉(zhuǎn)變成神經(jīng)細胞。透過這樣的方法所制造的神經(jīng)細胞，比先前用加入基因片段方式得到的神經(jīng)細胞，能夠擁有更完整而穩(wěn)定的特性。這些神經(jīng)細胞還可以做為研究神經(jīng)失調(diào)的材料，用于研究新的療法，并且發(fā)展個人化的醫(yī)學療程，除此之外，細胞**也是未來可能的運用之一。

這項技術(shù)由杜克大學生物分子及組織工程學 Charles Gersbach 助理教授（見首圖）所帶領(lǐng)的研究團隊研發(fā)，在許多領(lǐng)域都有運用的潛力。例如當科學家需要對某**進行研究，雖然已經(jīng)知道大多數(shù)的人的神經(jīng)細胞對于該**會有特定的反應，但每個人體內(nèi)究竟是哪種神經(jīng)細胞中的哪些基因會對**有什么樣的反應，這類型的研究就會需要這項技術(shù)，畢竟直接使用動物甚至人類的腦部做活組織切片，肯定是不可行的，但如果是從人的手臂上取皮膚的細胞，將皮膚細胞利用 CRISPR 技術(shù)轉(zhuǎn)變成神經(jīng)細胞，再經(jīng)由各種**合并處理，科學家就能夠為需要的人制作個人化的**療程。

用 CRISPR 打破原先發(fā)育生物學的不可逆細胞分化狀態(tài)

在 1950 年代，英國的發(fā)育生物學家 Conrad Waddington 所提出的想法，為往后的發(fā)育生物學打下基礎(chǔ)。未成熟的干細胞能夠分化成特定種類的成熟細胞，分化的過程就像將重物從山頂上沿著陡坡滾下，物體可以滾落到任何一個山谷之后停留在凹處。而細胞在選擇特定路線開始分化之后，就像物體沿著某一面山壁滾落，終點必定是該路線的末端低地，是沒有辦法臨時改變路徑的。

Gersbach 表示，如果想要改變以分化成熟細胞的既有功能以及角色，其中一個辦法就是將該細胞推回山頂，也就是原本干細胞的狀態(tài)，誘導性多功能干細胞（iPS 細胞）的概念便是如此。但除了把細胞變回干細胞的狀態(tài)之外，另一個方法就是把細胞的狀態(tài)推上側(cè)邊的山坡，不經(jīng)過原先干細胞的狀態(tài)，而是直接水平的移到旁邊的山谷里。

在先前的研究中，CRISPR 基因編輯技術(shù)的運用通常需要透過病毒攜帶 CRISPR 所需的分子工具，并將之帶入生物體內(nèi)，進而能夠在生物體內(nèi)生產(chǎn)大量的轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)。借由轉(zhuǎn)錄因子的特性在不同種類的細胞內(nèi)分別和基因組內(nèi)上千個位置結(jié)合，進而來開啟細胞內(nèi)特定的相關(guān)基因。

一聲令下，自行讓細胞轉(zhuǎn)變成另一種細胞

研究團隊運用 CRISPR 技術(shù)，準確地活化 3 個幫助天然神經(jīng)細胞產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄因子的基因，打破了以往用病毒將大量復制的基因片段送入細胞的慣例。研究團隊中的研究生 Joshua Black 表示，以病毒運送某段細胞本來就有的片段進入的這種方法，相較他們所研發(fā)以穩(wěn)定方式讓細胞接收短暫的轉(zhuǎn)變訊號的新方法，新方法在許多層面都比原先的要好。然而，要以這種方法達到足夠的效率就需要做到非常高的專一性，才能改變細胞內(nèi)整個運作機制。要有效率的制造穩(wěn)定且具有和真正的神經(jīng)細胞一樣的基因機制的神經(jīng)細胞，是這項研究中的一大挑戰(zhàn)。

CRISPR 原本是****系統(tǒng)中的一部分，當**被外來基因或病毒入侵時，CRISPR 系統(tǒng)可以收集入侵者的基因片段，將之嵌入自身基因組中做為“記憶”之用，等到下一次再被同樣的入侵者攻擊，**就能夠用這些“記憶”片段制造出能抑制該片段的短序列，用這些序列抑制入侵者的基因以及功能，做為防御手段。而當 CRISPR 的特性被科學家借用做為基因編輯工具，科學家不需要的抑制基因功能就被去除，只剩下將特定基因嵌入或剔除的序列修改功能。

這項研究結(jié)果顯示，新的 CRISPR 運用能夠針對在老鼠腦部組織中本來就有的基因活化，藉此來制造神經(jīng)細胞。研究團隊以老鼠纖維組織母細胞做為受試樣本，實驗結(jié)果顯示以 CRISPR 技術(shù)處理之后，3 個主要的神經(jīng)細胞轉(zhuǎn)錄因子活化神經(jīng)細胞的基因，使得原本身為纖維組織母細胞的細胞開始傳導電訊號，出現(xiàn)了神經(jīng)細胞的特性。這樣的特性并不會隨著后來 CRISPR 所攜帶的活化因子的移除而消失；相反的，細胞持續(xù)表現(xiàn)出神經(jīng)細胞的特性，也就是說，它現(xiàn)在已經(jīng)變成了一個神經(jīng)細胞。

如果我們用病毒攜帶 CRISPR 材料將細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子提升，雖然能夠讓細胞具有神經(jīng)細胞的特性，卻無法持久。若是要將細胞真正的轉(zhuǎn)變成神經(jīng)細胞，就不能夠一直依賴外在的刺激來達成，而必須要在轉(zhuǎn)變成神經(jīng)細胞之后，細胞就能獨立表現(xiàn)出神經(jīng)細胞的特性。

原本科學家常用的以病毒運送外來基因的方式，問題在于這些基因在原本細胞中就已經(jīng)存在，而又以人工方式額外加上更多數(shù)量的特定片段，這使得后來細胞內(nèi)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄因子雖然足夠，但大多都不是由細胞原有的基因片段所制造。不過，這項研究所研發(fā)的新方法卻能避開這項缺點，雖然產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄因子沒那么多，但它們?nèi)际怯烧＜毎旧w上的基因所制造，也就是說，該細胞是真的開始主動的制造轉(zhuǎn)錄因子，并且能夠穩(wěn)定的表現(xiàn)神經(jīng)細胞的特性。研究團隊能切換細胞內(nèi)不同基因的活化，而不是用額外的基因迫使細胞表現(xiàn)外來的基因。

從實驗小鼠推到人類身上

研究團隊的下一步，是要將原先作用于小鼠細胞的系統(tǒng)擴展至人類細胞，同時提高技術(shù)效率并且去除后生基因型的影響，進而運用到其他特定的**模型。在未來或許可以做到制造新的神經(jīng)細胞移植到患者腦內(nèi)，來**帕金森氏癥等神經(jīng)退化**。就算這個想法還有些遙遠，就目前的研究成果來看，這項技術(shù)已經(jīng)對許多****方法的研發(fā)有所助益。