轉載從: Tech News 科技新報
軟骨再生、組織修復即將實現於現代醫學治療中！清大、中國醫藥大學、長庚等三校跨校研究團隊開發出新型雙向基因調控系統 CRISPR-AI ，可雙向調控基因表現，同時活化或抑制基因，克服過往只能單向調控，進而促使骨組織再生，將對再生醫學、免疫療法都帶來革命性的突破。
此團隊由清華大學化工系胡育誠講座教授、中國醫藥大學林進裕助理教授，及長庚醫院骨科張毓翰醫師組成。目前全世界尚未有同時活化及抑制多種基因以促進組織再生的案例，而胡育誠與其團隊開發 CRISPR-AI，能精準雙向調控基因表現，成為全球首例。
過去在調控基因時只能往單方向進行操控，但幹細胞內的基因表現不受控，因此無法分化成適當的細胞，例如調控基因往硬骨方向分化，卻同時增加脂肪分化，造成修復效果不佳。而如何精準調控基因表現，讓活化與抑制可同時發生，便成了促進組織再生及調節身體機能的重要關鍵。
CRISPR-AI 中的 AI，A 代表活化 Activation，I 則是抑制 Inhibition。為了讓基因同時表現出這兩種路徑，研究團隊以 CRISPR/Cas9 基因編輯技術為基礎，使用突變後的蛋白，並設計兩種不同的 RNA 骨架。其中第一種 RNA 骨架與突變蛋白可與促進基因表現的轉錄因子結合，並標定幹細胞中促進軟骨細胞分化的基因，而第二種則能夠與轉錄抑制因子（用於抑制基因表現）結合，能標定促進脂肪分化的基因。
實驗結果指出，與原來幹細胞相比，CRISPR-AI 的技術在活化上的表現增加 17 倍，同時抑制表現達 70%，能促進幹細胞往軟骨分化，並且抑制細胞往脂肪分化，因此大幅提升幹細胞分化成軟骨細胞的效率。
研究團隊也將此細胞送入頭蓋骨組織缺陷，可以先形成軟骨再分化成硬骨，大幅提升頭蓋骨的修復效率。此研究已於 2019 年發表在頂尖國際期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。
胡育誠指出，除了可以增加頭蓋骨的修復效率，未來也可以透過細胞培養，與生物性 3D 列印結合，生成軟骨關節等組織，這些人體組織自我修復能力不佳，若是膝關節軟骨受損，便會進一步造成退化性關節炎及病人疼痛。間葉幹細胞可分化成軟骨、硬骨或脂肪等不同細胞，是用於細胞治療，修復組織的重要細胞來源。
此外 CRISPR-AI 雙向基因調控系統可以同時精準調控多種基因的表現，導引幹細胞分化成特定細胞，未來也可以用於幹細胞研究，並且用於修復關節軟骨，治療退化性關節炎，或修復其他組織。
目前癌症治療的新趨勢為應用免疫細胞進行免疫療法，CRISPR-AI 系統也具潛力用於改造免疫細胞，增加免疫細胞毒殺癌細胞能力。胡育誠教授正執行科技部台俄合作計畫與俄羅斯團隊進行後續研究。