起源と背景:
クラスター化規則的間隔の短い回文反復配列、または「CRISPR」（「クリスパー」と発音）は、CRISPR-Cas9 ゲノム編集技術の基礎となる細菌の防御機構です。「CRISPR」または「CRISPR-Cas9」という用語は、ゲノム工学の分野では非公式に頻繁に使用され、特定の遺伝子コード領域をターゲットにして正確な位置で DNA を編集するようにプログラムできる多数の CRISPR-Cas9 および -CPF1（およびその他の）システムを指すために使用されています。また、新しい診断ツールの開発などの他の用途にも使用されています。これらの技術により、生きた細胞や動物の遺伝子を永久的に修正できます。将来的には、ヒトゲノムの特定の変異を修正して、遺伝的原因による疾患を治療できるようになるかもしれません。
研究者たちは、生きた細胞の遺伝子コードをこれほど迅速かつ容易に変更できるとは想像もしていませんでした。ハサミのように機能し、細胞内の特定のDNAビットを正確に削除、挿入、または編集するCRISPRによって、これが可能になります。この革新的な遺伝子編集ツールは、細菌がウイルスと戦う方法への好奇心から生まれたサイドプロジェクトとして発見されました。ジェニファー・ダウドナ博士とエマニュエル・シャルパンティエ博士は、CRISPRに関する研究により、2020年にノーベル医学賞を受賞しました。1年前、CRISPRを使用したがん免疫療法の米国初の臨床試験が始まり、CRISPRを使用したがん治療の研究がさらに進められています。さらに、体内で直接CRISPRをテストする試験も始まっています。CRISPRはゲームチェンジャーですが、限界もあり、遺伝子編集の倫理に関する議論は続いています。しかし、1つ確かなことは、CRISPRはがん研究を大幅に進歩させる可能性を秘めた強力なツールだということです。
過去 10 年間で、CRISPR は頭字語から動詞へと進化し、生物医学研究の実施方法と細胞生物学のすべての要素の研究方法を完全に変えました。がんの研究では、CRISPR と関連手法により、非コードゲノム、腫瘍の異質性、がんの生物学に関する知識ではかつては克服できなかった問題に道が開かれました。また、治療上の脆弱性に関する新たな情報も明らかになりました。がんは腫瘍細胞のゲノム変化によって発生するため、CRISPR/Cas9 はがん研究でゲノムを改変して発がんと発達のメカニズムを調査するために利用できます。CRISPR/Cas9 システムは目覚ましい成果を上げており、近年、がん研究と治療でより頻繁に利用されています。
データブリッジマーケットリサーチは、2022年から2029年の予測期間における世界のクラスター化規則性散在短回文反復配列（CRISPR）市場の成長率を分析しています。世界の骨髄生検市場の予想CAGRは、前述の予測期間において約10.7％になる傾向があります。市場は2021年に7億6,239万米ドルと評価され、2029年までに1億7,1933万米ドルまで成長すると予想されています。バイオテクノロジーおよび製薬企業への関心が高まるという影響力のある機会があるため、北米が支配的な地域となっています。
この研究の詳細については、以下をご覧ください。 https://www.databridgemarketresearch.com/jp/reports/global-clustered-regularly-interspersed-short-palindromic-repeats-crispr-market
CRISPR: 2013年に登場した技術
CRISPR は、その利便性により、がんや臨床生物学研究の主流技術となっています。科学者は、がんの根本原因が DNA の変異であることを知って以来、DNA を修正してこれらの変化を元に戻すシンプルな技術を模索してきました。長年にわたり多くの遺伝子編集技術が開発されてきましたが、どれも迅速でシンプル、かつ手頃な価格の技術という基準を満たすものはありませんでした。しかし 2013 年、いくつかの研究により、CRISPR と呼ばれる遺伝子編集ツールは、精密に調整されたシンプルなハサミのように人間の細胞の DNA を修正できることが明らかになりました。この新しい技術は、科学界で可能なことと不可能なことを劇的に変えました。がん研究者は、世界中の研究室の棚や冷凍庫に CRISPR が登場するやいなや、その使用の可能性に飛びつきました。
CRISPR は、科学や健康における他の多くの発見と同様に、自然からヒントを得たものです。この場合、その概念は、細菌などの一部の生物の単純な防御機構から取られました。これらの微生物は、侵入者の DNA の一部を捕らえて、CRISPR と呼ばれるセグメント、つまり、規則的に散在する短い回文反復として保存し、ウイルスなどの侵入者から身を守ります。これらの DNA フラグメント (短い RNA フラグメントに変換) は、同じ細菌が再び攻撃を試みた場合に、侵入者の DNA を見つけて切断する Cas と呼ばれる酵素に役立ちます。
この防御機構が発見されると、研究者たちはこれを柔軟な遺伝子編集ツールとして利用できることに気付きました。複数のグループがこの手法を数年のうちにほぼあらゆる DNA 領域の変更に応用することに成功しました。最初は他の細菌の細胞で、最終的には人間の細胞で適用されました。研究室の CRISPR ツールは、ガイド RNA と DNA 切断酵素 (最もよく使われるのは Cas9) という 2 つの主要コンポーネントで構成されています。科学者は、変更する遺伝子 (ターゲットと呼ばれる) の DNA を反映するガイド RNA を作成します。その名前のとおり、ガイド RNA は Cas と連携して Cas をターゲットに導きます。ガイド RNA と DNA が揃うと、ターゲット遺伝子の DNA は Cas によって切断されます。
使用されるCRISPRツールに応じて、次のステップは異なります。まれに、修復中にターゲット遺伝子のDNAが損傷し、遺伝子が不活性化することがあります。他のCRISPRバリアントでは、新しいDNAセグメントの追加やDNA文字の1つを変更するなど、より正確な遺伝子編集が可能です。さらに、研究者はCRISPRを利用して、がん細胞のRNAやがんを引き起こすウイルスのDNAなどの特定のターゲットを見つけています。CRISPRは最近、新しいコロナウイルスを見つけるための実験テストとして使用されています。しかし、疑問は、 CRISPR は他のゲノム編集ツールと比べてどうですか?
現在使用されている他のゲノム編集方法は、より効果的で適応性が高いことが証明されている CRISPR-Cas9 に置き換えられつつあります。他のツールとは異なり、CRISPR-Cas9 システムは DNA 鎖を単独で切断できるため、別の切断酵素と組み合わせる必要がありません。さらに、カスタムの「ガイド」RNA (gRNA) 配列とすばやく組み合わせて、DNA ターゲットに誘導することもできます。これらの gRNA 配列はこれまでに何万個も作成されており、科学界で利用可能です。CRISPR-Cas9 を他の遺伝子編集技術と区別するもう 1 つの特徴は、多数の遺伝子を同時にターゲットにできることです。
ペンシルバニア大学では、2019年に米国で初めてCRISPRで作られたがん治療薬の試験が始まった。NCIが部分的に支援するこの研究では、患者自身の免疫細胞を遺伝子操作してがんをより効果的に「発見」し、根絶する一種の免疫療法を検証する。治療の一環として、がんを根絶する能力を持つ免疫細胞であるT細胞に4つの遺伝子操作が施される。
まず、合成遺伝子を組み込むことで、T 細胞に爪のようなタンパク質 (受容体と呼ばれる) が備わり、がん細胞の一部にある化学物質 NY-ESO-1 を「認識」できるようになります。次に、CRISPR を使用して 3 つの遺伝子が削除されます。そのうち 2 つは NY-ESO-1 受容体に干渉する可能性があり、もう 1 つは細胞のがんと闘う能力を低下させます。NYCE T 細胞としても知られる最終産物は、患者に投与される前に大量に生産されました。この研究は、CRISPR で作られた治療法の安全性を判断するために開始されました。進行性多発性骨髄腫の患者 2 人と転移性肉腫の患者 1 人が検査を受けました。T 細胞療法のターゲットである NY-ESO-1 は、3 人の患者全員の腫瘍に存在していました。
初期の研究では、この治療法の安全性が指摘されている。副作用はいくつかあったが、研究者らは、それらは患者が以前に受けた化学療法によって引き起こされた可能性が高いと結論付けた。CRISPR編集細胞が免疫反応を引き起こしたという証拠はない。
標的遺伝子の 4 つの変更はすべて、治療に使用された T 細胞の約 10% に存在していました。さらに、3 人の患者の編集された細胞には、すべて標的外の変更が含まれていました。シュタットマウアー博士は、標的外の編集された細胞が、がんに発展したことを示唆するような形で拡大した例がないことを観察しました。患者のがんは、治療の結果ほとんど変化しませんでした。2 人の患者の腫瘍 (1 人は多発性骨髄腫、もう 1 人は肉腫) は、しばらく成長が止まり、その後再び成長し始めました。3 人目の患者には、この処置はまったく効果がありませんでした。
CRISPRの限界
CRISPR は、他の遺伝子編集技術に比べて優れていることから、がん研究者に好まれる方法として浮上しました。がん治療に役立つという楽観的な見方もあります。しかし、CRISPR には欠点があり、これらの欠点のため、多くの科学者は人間への使用をためらっています。
図: CRISPR の限界
- オフターゲット編集- オフターゲット編集、つまり CRISPR がターゲット遺伝子以外の DNA を切断することは、重大な欠点です。2002 年の遺伝子治療研究で起こったように、科学者は、そのような不注意な変更が有害で、細胞を悪性化させる可能性があると懸念しています。[CRISPR] がゲノムのランダムな領域を損傷し、細胞が奇妙な方法で物事を組み立て始めると、がんを引き起こす可能性があるという懸念もあります。しかし、研究者は Cas とガイド RNA の構造を変更することで、意図したターゲットを選択的に切断する CRISPR の能力を高めました。
- 複雑な手順- CRISPR の構成要素を細胞に取り込むという課題も、考えられるもう一つの障壁です。このタスクを実行するためにウイルスを利用するのが、これを行う最も一般的な方法です。このウイルスは、病気を引き起こす遺伝子ではなく、ガイド RNA と Cas 遺伝子を含むように改変されています。研究室で培養された細胞に CRISPR を導入することは 1 つの方法ですが、人間の体内の細胞に導入することはまったく別のことです。CRISPR を運ぶウイルスの中には、複数の細胞型に感染できるものがあり、たとえば、標的は肝細胞でありながら、筋肉細胞を変更する可能性があります。研究者は、人体の特定の細胞または臓器に CRISPR を正確に投与するためのさまざまな戦略を検討しています。肝臓や脳など、1 つの臓器にのみ影響を与えるウイルスをテストしている人もいます。また、特定の細胞に CRISPR 要素を送達することを目的としたナノカプセルと呼ばれる極小の物体を作成した人もいます。
- 免疫システムの抑制- CRISPR は最近になってようやく人間で試験されたため、体、特に免疫系が CRISPR を運ぶウイルスや CRISPR の構成要素自体にどう反応するかという懸念もある。人体にとって異質な細菌酵素 Cas を免疫系が攻撃すると、CRISPR で編集された細胞が破壊されるのではないかと懸念する人もいる。20 年前、遺伝子治療を受けた患者が、免疫系が受けた遺伝子治療で運ばれたウイルスに猛攻撃を仕掛けた結果、亡くなった。一方、新しい CRISPR ベースの戦略は、以前の遺伝子治療で使用されたものよりも安全と思われるウイルスに依存している。
- 身体の事故の編集- もう一つの重要な問題は、体の細胞を変えると、意図せず精子や卵子が変わってしまい、それが次の世代に受け継がれる可能性があることです。しかし、現在行われている CRISPR の人間に対する実験のほとんどすべてにおいて、患者の細胞は体外から採取され、修正されています。体内の細胞を修正するよりも正確に制御できるため、「体外」法の方が安全だと考えられています。しかし、進行中の 1 つの研究では、失明の原因となる遺伝性疾患であるレーバー先天性黒内障の患者の目に直接 CRISPR 遺伝子編集を行う方法が検討されています。
結論と将来:
「クリスパー」と発音されるCRISPRは、切断と接着によって損傷したDNAを修復する最先端のがん治療および遺伝子編集ツールです。DNAを切断することで、特定の遺伝子をオフにしたり、がんを引き起こす突然変異を排除したり、製造上の問題を解決したりできます。製薬会社のアッヴィとカリブーバイオサイエンスは、2021年2月に、患者のT細胞（白血球）を遺伝子操作してがんと闘うCAR T細胞療法を強化するためにCRISPRを採用すると発表しました。CRISPR遺伝子編集でT細胞の遺伝子を変更するには1年や2年ではなく数か月かかるため、がん治療の新しい技術になる可能性があります。その結果、患者は大幅に迅速に治療を受けられる可能性があります。
遺伝子医療には画期的な可能性があります。特定の DNA 配列を修正すると、体のがんとの戦い方を変えることができます。この技術は、治療の特異性を高め、がんの再発の可能性を下げることで、患者に希望を与えることができます。科学者は腫瘍 DNA から薬剤耐性遺伝子を取り除くことができます。その結果、化学療法がより効果的になり、突然変異が悪性腫瘍に変わるのを防ぎ、がん患者の生活の質を向上させることができます。医師はまた、CRISPR 技術を使用して、がんを引き起こす遺伝子を切り取り、患者の高リスク DNA 異常を検査することもできます。2019 年には、最初の CRISPR ベースのがん臨床研究が開始されました。彼らは、化学療法を含む現在の肺がん治療を強化することに集中しました。
CRISPR により、研究者は DNA を改変してがん治療の選択肢を強化したり、がんを予防したりすることができます。将来的には、遺伝子医療の発展により、がん患者に対してより個別化された治療選択肢とより良好な予後が可能になるでしょう。すでに、CRISPR で作成されたがん治療法の臨床試験が進行中です。CRISPR で操作された CAR T 細胞治療は、いくつかの臨床試験でテストされている別のタイプの免疫療法です。たとえば、ある企業は、多発性骨髄腫および B 細胞悪性腫瘍の患者に対して CRISPR で操作された CAR T 細胞をテストしています。
がん研究と治療における CRISPR のあらゆる潜在的な応用に関しては、まだ多くの疑問が残っています。しかし、1 つ確かなことは、この業界は急速に発展しており、この技術の新しい用途が次々と生まれているということです。
世界的な CRISPR 遺伝子検出および診断は支援的であり、症状の重症度を軽減することを目指しています。Data Bridge Market Research は、CRISPR 遺伝子検出および診断市場は 2022 年から 2029 年にかけて 19.5% の CAGR で成長すると分析しています。CRISPR 遺伝子検出および診断市場は、クラス、製品とサービス、アプリケーション、ワークフロー、エンド ユーザー、流通チャネルの 6 つのセグメントに基づいてセグメント化されています。
この研究の詳細については、以下をご覧ください。 https://www.databridgemarketresearch.com/jp/reports/global-crispr-gene-detection-and-diagnostic-market
