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基因魔剪：改造生命的新技术 iPS细胞+基因组编辑
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正如本章一开始所介绍的，iPS细胞技术指的是，向皮肤或血液等已经分化过的体细胞之中插入特定的基因，令其初始化成接近受精卵状态的细胞。我们知道，细胞之中携带着该生物所有的遗传信息。如果某位患者的病因存在于基因之中，那么只要将该患者的细胞制成iPS细胞，则这个iPS细胞同样也会包含患者疾病部分的遗传信息。
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众所周知，如果患病之处在于脑神经，那么想要从脑中提取出神经细胞用于研究，几乎是不可能的事。但如果使用iPS细胞，则可以完美解决这个难题。首先，从患者的皮肤或血液等容易获得的部位之中提取出细胞。皮肤细胞和血液细胞之中所包含的遗传信息与患病的神经细胞是相同的，利用这些细胞制造出iPS细胞，进而将其分化成脑神经细胞之后，就能重现脑神经细胞的病症。堀田助教将这种iPS细胞的技术与基因组编辑技术进行结合，希望借此开发出肌营养不良症的治疗方法。
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首先，利用肌营养不良症患者的皮肤细胞制造出iPS细胞。研究人员在iPS细胞的状态下对其进行基因组编辑，然后分别采用前文所述的三种方法，尝试修复基因。然后利用这些接受了基因组编辑的iPS细胞制造出肌细胞，并测试其是否能完成正常的功能运作。如此一来，即便三种方法所获得的结果有差异，但的确能证实，它们都可以制造出抗肌萎缩蛋白质，也就是令基因恢复了正常功能。
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“关键在于，所瞄准的必须是序列之中独特的部分。”
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基因携带着海量的信息，但其实当中有半数左右都包含了相同的序列。当我们想要利用基因组编辑来切断基因的时候，如果以X序列为目标，就要先制造出用于切断X的TALEN或CRISPR‐Cas 9，然后再用其进行基因组编辑。但是，如果基因组之中的两处地方都存在X序列，那么实施基因组编辑的时候就有很大风险会将两处地方同时切断。这就是脱靶效应（off‐target effects）。如此一来，就算病灶部分能被修复，其他部分却又有可能患上别的什么疾病，甚至会危及患者的生命。
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为了防止这种情况发生，堀田教授从“外显子45”之中鉴定出了一段在其他地方找不到重复的独特序列，并将此处当作精确靶点。瞄准这段序列进行切断，意味着能够大大提升切断的准确性。实践中，研究者通过对被修复的基因信息进行检测，已经证实，除了被当作靶点的“外显子45”之外，并未发现其他致命性的基因变异。也就是说，研究者成功地针对“外显子45”实施了正确操作。
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基因魔剪：改造生命的新技术 通过注射，将基因组编辑物质送入体内
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基因组编辑的治疗效果已经在细胞层面上获得了验证。那么，这是否就表示它可以用于人体治疗了呢？对肌营养不良症的患者而言，仅仅针对无数肌细胞中的一个进行基因组编辑，是不会产生效果的。显然，如果不对所有的肌细胞中的遗传信息都进行基因组编辑，是不可能将病治好的，又或者必须在受精卵阶段就进行操作才行。那么，我们将来该如何在医疗中运用这项技术呢？
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其实从2016年4月开始，科研人员已经在小鼠上展开了利用基因组编辑技术治疗肌营养不良症的实验，并且不是在受精卵的阶段进行操作，而是采用肌营养不良症已经发病的小鼠进行实验。小鼠已经发育出了无数的肌细胞，这样的状态下，该如何进行治疗呢？
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“只需要注射而已。通过肌肉注射，将CRISPR‐Cas 9或TALEN送入（体内）。”
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根据计划，首先要对足部肌细胞进行注射，将CRISPR‐Cas 9或TALEN送入细胞之中，每次注射都能覆盖一定范围的肌细胞。已经长成了肌肉的细胞接受基因组编辑，其中的病灶基因将获得修复。科研人员希望开发出的，就是这样的一套治疗方法。虽然人类也有可能采用相同的方法得到治愈，但却不太可能通过单次注射就让治疗范围覆盖全身所有的肌细胞，理论上，患者必须以数月一次的频率，定期进行注射。
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“虽然持续时间很长，但患者不需要每次都住院，只要在门诊打个针就行了。所以对患者而言，这几乎不会产生什么负担。”
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看起来，堀田教授坚信，只要一切顺利，这种方法就能优化成理想的治疗方法。那么，CRISPR‐Cas 9或TALEN在人体内的扩散，会不会导致什么无法预料的意外后果呢？
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“如果是进入血液，自然免不了在体内循环。但肌肉注射的话应该只会留在肌肉内部的一定范围内吧。这方面我们也必须先在小鼠上进行实验，将效果和副作用都厘清，综合考虑才行。”
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但是，这并不代表只需要向患者的肌肉进行注射就能彻底治愈这种病了。因为肌细胞经过一定时间后就会死亡。细胞不断进行新陈代谢，时刻都有新的细胞被制造出来。有一种被称作卫星细胞[satellite cell，成体干细胞（adult stem cell, ASCs）的一种]的细胞，会不断供应新的肌细胞。即使成熟的肌细胞接受了基因组编辑而被治愈，如果肌肉卫星细胞中的遗传信息里仍存在病灶，那么新制造出的细胞依然是带病的。
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堀田教授希望，今后能进一步建立起对卫星细胞进行基因组编辑的全新疗法。如果对卫星细胞的遗传信息也能进行修复，那么它制造出的新细胞就都是健康的细胞了。他在最后补充解释道，卫星细胞零星分布于肌肉组织的各个部位里，所以难以同时对多处进行治疗。
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基因魔剪：改造生命的新技术 基因组编辑的竞争对手是美国
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即使仍存在需要解决的问题，堀田助教的研究毋庸置疑具有划时代的意义，甚至可以说是日本首次将基因组编辑技术运用到疾病疗法的开发之中。
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“其实在美国，已经有旨在通过基因组编辑技术治疗小鼠肌营养不良症的论文发表。我的研究在日本确实算是先驱，但全世界都在你追我赶地开发和研究着。”
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到底哪个国家能在基因组编辑的医疗应用方面取得领先地位？这或许将逐渐升级成一场激烈的竞争。在日本还有一个严峻的问题是，药物从开发到上市要花费漫长的时间。而且不难想象，作为从未有过先例的“在活人体内，对活人的基因进行治疗”的药物，其开发过程绝不可能一帆风顺。
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