What Are Gene Therapy and Gene Editing? 基因編輯與基因治療

🧬 Applications of Gene Editing and Gene Therapy

1. What Are Gene Therapy and Gene Editing?

Gene Therapy: Involves introducing normal genes into the body to replace or repair defective ones. This is typically achieved using viral vectors to deliver the genes into target cells. Applications: Monogenic disorders, cancer, and rare diseases.

Gene Editing: Refers to the precise modification of DNA sequences to achieve permanent correction of genetic mutations. Techniques commonly used include molecular tools such as CRISPR-Cas9 and TALEN. Applications: Genetic diseases, cancer, HIV, agriculture, and embryo research.

🔬 Clinical Applications and Key Developments

1. 🧬 Monogenic Genetic Disorders

• Target Diseases:

  • Sickle Cell Disease

  • β-Thalassemia

  • Inherited retinal diseases (e.g., Leber's Congenital Amaurosis)

  • Severe Combined Immunodeficiency (SCID)

• Approaches:

  • Add normal copies of a gene using viral vectors

  • Use CRISPR to correct disease-causing mutations directly

• Status:

  • FDA-approved therapies include Zynteglo™ and Luxturna™

2. 🧠 Neurological Disorders

• Target Diseases:

  • Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

  • Huntington's Disease

  • Parkinson's Disease

• Challenges:

  • Crossing the blood-brain barrier

  • Maintaining long-term neuronal safety

• Strategy:

  • Deliver therapeutic genes to neural cells using AAV or lentiviral vectors

3. 👁️ Sensory System Disorders

• Example: Luxturna™

  • The first FDA-approved gene therapy for inherited retinal dystrophy caused by RPE65 mutations

• Mechanism:

  • Uses AAV vectors to deliver functional RPE65 genes into retinal cells

• Effect:

  • One-time treatment; vision improvements can last years

4. 🧪 Cancer Treatment

• Applications:

  • CAR-T cells genetically engineered to target cancer cells

  • CRISPR used to edit immune cells for enhanced anti-tumor activity

• Clinical Trials:

  • Conducted in the U.S., China, and other countries

  • Used for both hematologic cancers and solid tumors

5. 🦠 Infectious Diseases

• HIV:

  • CRISPR is being tested to remove latent HIV DNA from infected cells

  • The controversial CCR5 gene-editing case in embryos raised ethical alarms

• Hepatitis B (HBV):

  • Gene editing aims to cut out or silence HBV DNA for a potential cure

6. 👶 Reproductive Medicine & Embryo Editing (Ethically Controversial)

• Potential Use:

  • Preventing severe hereditary conditions at the embryo stage (e.g., β-thalassemia, cystic fibrosis)

• Ethical Concerns:

  • Involves long-term safety, informed consent, human rights

  • Banned in most countries for reproductive purposes, but allowed in lab research under strict regulations

7. ⚗️ Gene Therapy Drug Landscape

• Zolgensma: For Spinal Muscular Atrophy (SMA) (FDA 2019)
• Luxturna: For Inherited Retinal Disease (RPE65) (FDA 2017)
• Zynteglo: For β-Thalassemia (EMA / FDA 2019 / 2022)
• Roctavian: For Hemophilia A (EMA 2022)

⚠️ Technical & Ethical Challenges

1. Delivery Efficiency: Vector capacity limitations and safety risks

2. Immune Response: Potential for immune rejection of vectors or introduced proteins

3. Off-Target Effects: Unintended edits in DNA may cause harmful mutations

4. Ethical Regulations: Especially regarding human germline editing and embryo research

一、什麼是基因治療與基因編輯？

基因治療（Gene Therapy） ：將正常基因導入體內，以替代或修復異常基因。技術上常以病毒載體將基因送入細胞中。應用範圍：單一基因疾病、癌症、罕見疾病

基因編輯（Gene Editing） ：精確修改DNA序列以達成永久性矯正。技術上使用如 CRISPR-Cas9、TALEN 等分子剪刀。應用範圍：遺傳疾病、癌症、HIV、農業、胚胎研究等。

🔍 實際應用領域與代表性進展

1. 🧬 遺傳性單基因疾病治療

• 代表疾病：

  • 鐮刀型貧血（Sickle Cell Disease）

  • β-地中海貧血（β-Thalassemia）

  • 遺傳性失明（如 Leber's Congenital Amaurosis）

  • 重症複合型免疫缺乏（SCID）

• 應用方式：

  • 將正常基因導入骨髓造血幹細胞中

  • 或使用 CRISPR 將致病突變段修復

• 現況：部分基因治療如 Zynteglo™、Luxturna™ 已獲得 FDA 核准

2. 🧠 神經系統疾病

• 治療疾病：

  • 漸凍人症（ALS）

  • 亨丁頓舞蹈症（Huntington's Disease）

  • 帕金森氏症（Parkinson's Disease）

• 挑戰：

  • 需要穿越血腦屏障（BBB）

  • 必須避免破壞神經系統的穩定平衡

• 研發方向：

  • 使用病毒載體（如AAV）精準遞送修復基因至神經細胞

3. 👁️ 感覺系統疾病

• 應用案例：

  • Luxturna™：全球首款 FDA 核准的基因療法，用於治療遺傳性視網膜病變（RPE65缺陷）

• 機制：透過腺相關病毒（AAV）將功能性基因送入視網膜細胞，改善視力

• 特點：一次性治療，療效可持續多年

4. 🧪 癌症治療

• 技術應用：

  • 基因修飾 T 細胞（如 CAR-T）使其具備辨識腫瘤的能力

  • 利用 CRISPR 編輯免疫細胞以增強抗癌效能、降低副作用

• 實例：

  • 中國、美國已完成多項 CRISPR 編輯 T 細胞的臨床試驗

  • 用於實體腫瘤（如肺癌、食道癌）與血液癌症（如白血病）

5. 🦠 感染性疾病

• HIV 基因編輯：

  • 嘗試透過 CRISPR-Cas9 刪除 HIV 潛伏於基因中的病毒片段

  • 中國有報導進行胚胎編輯實驗，但爭議極大（例：CCR5 雙基因突變嬰兒事件）

• 乙型肝炎（HBV）：

  • 研究中探索以基因編輯方式切除或抑制 HBV DNA，達到病毒清除

6. 👶 生殖醫學與胚胎編輯（具爭議性）

• 潛力：在胚胎階段修復嚴重遺傳疾病（如地中海貧血、囊腫性纖維化）

• 爭議：涉及倫理、人權與長期未知風險。多數國家禁用於生殖用途，但可進行體外研究或胚胎期研究（限期銷毀）

7. 🧬 基因治療藥物發展現況

Zolgensma：脊髓性肌肉萎縮症（SMA）。FDA 2019 核准
Luxturna：遺傳性視網膜病變。FDA 2017 核准
Zynteglo：β-地中海貧血。EMA/FDA 2019/2022 核准
Roctavian：血友病A（基因治療）。EMA 2022 核准

⚠️ 技術限制與挑戰

1. 基因送遞效率問題：如病毒載體的攜帶量限制、安全性考量

2. 免疫反應風險：可能產生對載體或新蛋白的免疫排斥

3. 脫靶效應（Off-target Effect）：CRISPR等技術可能不小心改錯位置，導致基因突變

4. 倫理與法律：特別是涉及生殖細胞或胚胎的編輯