Nature子刊：人造病毒載體，容量更大成本更低，可用于基因編輯和治療

病毒（Virus）是我們地球上數量最多、分布最廣的生物，它們也是一些最有效的生物機器。盡管病毒體積小，基因組成簡單，但它們可以引起致命的感染和全球流行病，如艾滋病、流感和COVID-19等等。這是因為病毒進化出了高效機制，可以在短時間內復制和組裝出后代，對于細菌病毒（噬菌體）來說，這個過程只需短短幾分鐘。

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如果我們能夠利用病毒的這些有效機制構建出人工病毒載體（Artificial Viral Vectors，AVV），用來遞送治療性分子，而不是在宿主細胞內復制，就能實現更好的細胞和基因治療。盡管多年來科學家們進行了多次嘗試，但AVV的開發仍處于早期階段。

天然人類病毒，例如單鏈DNA病毒腺相關病毒（AAV）和單鏈RNA病毒慢病毒（Lentiviruse），已被設計并廣泛應用于體外和體內的基因遞送載體。例如，全世界最貴藥物Hemgenix就是一款基于AAV病毒載體的血友病B型基因療法。而FDA批準的6款CAR-T細胞療法則全部基于慢病毒載體。

然而，這些天然病毒載體都有局限性，它們最多只能攜帶一到兩個治療性基因，很難再結合復雜修復所必需的額外治療性分子。此外，這些病毒載體還存在一些安全性問題，例如對人類細胞的廣泛感染性、在人體中預先存在的免疫原性，以及對人類基因組的潛在整合問題等。

2023年5月30日，美國天主教大學的研究人員在Nature子刊Nature Communications上發表了題為：Design of bacteriophage T4-based artificial viral vectors for human genome remodeling的研究論文。

該研究報告了一種制作人工病毒載體（AVV）的方法，這種載體能進入人類細胞執行特定任務，可攜帶更大的基因，且制造成本相對更低，這種大容量、可定制化的納米材料可以為未來基因療法和定制化醫療的受試者帶來前景。

在這項研究中，Venigalla Rao團隊設計了一種方法，用一類稱為T4噬菌體、能感染細菌的病毒，制造人造病毒載體（AVV）。這類AVV有很大的內部容量和一個大的外表面，可編程和遞送治療性生物分子。

噬菌體T4-AVV的結構

在概念驗證實驗中，研究團隊生成了含有蛋白和核酸物質的人造病毒載體（AVV），用于展示在基因組改造方面的用途。

在實驗室中，這一平臺能成功遞送全長抗肌萎縮蛋白基因（Dystrophin）到人類細胞中，并執行各種分子操作改造人類基因組。

AVV用于遞送全長Dystrophin基因

Dystrophin基因突變會導致杜氏肌營養不良（DMD），該基因非常巨大，有多達79個外顯子，轉錄本長達14kb，遠超病毒遞送載體的裝載極限，用于體內基因治療遞送的腺相關病毒（AAV）裝載極限僅4.7kb，因此，難以通過腺相關病毒遞送全長Dystrophin基因進行DMD治療。

人造病毒載體（AVV）還能用來遞送RNP和DNA，用于CRISPR-Cas9基因編輯及基因重組。還可以用來遞送RNA，實現基因沉默、基因編輯，以及蛋白表達。

AVV用于RNA遞送

此外，這種人造病毒載體（AVV）大量生產時成本不昂貴，并且這些納米材料可以保持穩定數個月。研究團隊總結道，盡管還需要進一步工作來評估該人造病毒載體的安全性，但這一方法已展現未來前景，可用于臨床治療人類疾病和罕見病。

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