从基因编辑到基因书写：Tessera横空出世！

基因编辑技术CRISPR-Cas9在2012年的横空出世，带动了基因编辑疗法开发和投资的空前繁荣，同时也面临着无法有效控制编辑的发生时间及其发生顺序的问题。科学家们一直在找寻更先进的工具和方法，开发更为安全和有效的手段，治疗可选择疗法不多的遗传性疾病患者和肿瘤疾病患者。

近两年，“基因书写”逐渐走进人们视野。和CRISPR相比，基因书写同时消除了基因治疗和基因编辑在范围、利用率和功效方面的限制，可以更轻松地插入完整的功能基因。尤其是今年伴随着该领域的一笔巨额融资：Tessera Therapeutics宣布完成超3亿美元的C轮融资，市场开始期望基因医学的新一轮革命。

不过，目前基因书写还处于早期阶段，布局或专注于基因书写的公司尚且不多。为了更清晰地了解这一技术和赛道情况，动脉新医药近期访谈了基因书写（GENE WRITING）领域的创新公司Full Circles Therapeutics，对话了公司的CSO Howard Wu。

尽管CRISPR出现只有十年，但基因编辑技术已经经历了多次迭代。

CRISPR/Cas9通过定向敲除肿瘤免疫检查点分子或者通过快速简便的基因编辑，被广泛应用于肿瘤治疗领域，但在长片段DNA精确的靶向插入和替换上效率较低，且在基因编辑过程中会造成 DNA双链断裂。

在2016年，CRISPR/Cas9另一个延伸技术——碱基编辑（Base Editing）技术出现了。碱基编辑技术由美国华裔科学家刘如谦博士教授团队开发，可以做到定点的修饰某一个或者某几个点突变，和初代CRISPR技术相比，它更像是一把可以“指哪儿打哪儿的狙击枪”，能够定向改变基因组中某个特定位置的特定碱基，并且只改变单个目标碱基，而不会影响到其他碱基。但局限在于依旧存在脱靶效应，编辑窗口单一。详细见：David Liu再出手，背靠背两篇NBT论文，再次升级CRISPR基因编辑系统

2019年，刘如谦博士公开的新基因组编辑技术、引导编辑（Prime Editing）的出现将精准基因组编辑推到新的高度，可以实现4种碱基之间的任意变换及小片段的精准插入和删除，同时脱靶概率很小，但是局限性就是可插入的片段大小在上百BP以内，编辑效率仍然较低。详细见：Nat Biotech：刘如谦推出先导编辑2.0，让复杂遗传病的治疗成为可能

麻省理工学院的 Omar Abudayyeh、Jonathan Gootenberg 等人在 CRISPR 的基础上开发了一种名为 PASTE 的新技术，能够以更安全、更有效的方式替换突变基因，可向哺乳动物及人类细胞中定点插入长达36000个碱基的DNA长片段。详细见：Nature Biotechnology：新型基因编辑工具PASTE，无需DNA双链断裂，实现定点插入超大片段基因

基因治疗技术的走向是更加精准、安全，以及高效，一些公司在推进基因治疗从“编”到“写”的进程，如Beam Therapeutics、Prime Medicine，以及今年大火的Tessera Therapeutics等。

但目前的基因编辑技术很难做到“六边形战士”，Full Circles Therapeutics则希望将现有技术进一步提升，既能高效敲除，又具有安全性，且大幅提升插入片段上限，其技术路线是通过单链环状DNA——C4DNA进行非病毒大片段基因书写。

“Full Circles可以做到大片段的非病毒定点基因插入，最大可以达到10KB，甚至有达到20KB或30KB的潜力，我们称为最终版的基因书写。”Howard Wu介绍，“我们用普适性的方法针对各种致病基因，而不需要考虑突变机制，因为对很多遗传疾病而言，其突变位点和种类非常复杂，每个人的突变也不一样，大片段的基因书写可以实现与不考虑突变种类的基因插入或敲除。比如囊性纤维化就是这样一种遗传疾病，由囊性纤维化跨膜传导调节因子CFTR造成，这个致病基因可大于5KB，携带多达900多种不同的点突变。另一个例子就是遗传性贫血症乙型地中海贫血，10万患者的致病基因上携带超过350种不同的突变。 ”

单链环状DNA的非病毒基因书写是Full Circles的首创。目前市场上更常见的是双链线性DNA、单链线性DNA或者双链环形DNA。

大多数基因编辑技术依赖的根本原理是双链DNA断裂，也因此面临安全性难题。双链DNA断裂是细胞基因组可能出现的最高风险之一，它带来的风险有染色体易位、p53激活以及直接的致癌风险。同时，基于病毒载体的基因编辑，在生产、质控及免疫原性方面非常具有挑战性。

单链线性DNA的问题主要表现在规模化生产方面，过程复杂、成本较高，大小限制虽然可以突破5KB，但5KB以上的量产则非常困难。

双链环形DNA的致命缺点是双链DNA引起的免疫原性和细胞毒性，以及过低的基因书写效率。

这正是公司Founder & CEO Richard Shan成立Full Circles的契机。Richard Shan在从事学术研究期间，主攻方向为基因重组的分子机理。他发现单链环状DNA和基因书写可以有机结合起来。单链DNA是活性分子，而双链DNA是结构稳定的惰性分子，但基因重组过程需要创造更多机会，因此有更多活性，能产生更多反应的单链DNA更加高效。Richard Shan在实验中发现，单链环状DNA作为模板进行基因书写，比双链DNA效果要高30倍。

Richard Shan对单链环状DNA在基因编辑上的应用探索始于2016年底，而他对单链环状DNA的研究，萌芽于近三十年前他在威斯康辛大学做博士期间。当时他与其导师、分子生物学大师Michael Cox发现单链环状DNA 比单链线性DNA对重组酶RecA有更大的亲和能力。2019年底Richard Shan开始将项目向公司转化，成立Full Circles Therapeutics并寻找初始资金。

2021年4月，公司迎来Howard Wu的正式加入。Howard Wu深耕遗传基因疾病多年，是世界范围内第一波应用CRISPR技术进行基因编辑的科学家之一。加入Full Circles之前，Howard Wu在小分子药物发现公司Fulcrum Therapeutics担任细胞生物学负责人，带领团队进行疾病模型与药物筛选，其中两个项目已到中后期临床阶段。

公司得到学术领域翘楚的支持，包括美国科学院院士，美国国家科学奖章得主Rudolf Jaenisch教授，也是Whithead研究所创始人之一。他曾担任国家干细胞学会主席，是表观遗传学领域的顶级科学家。

还有纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Michel Sadelain教授，作为MSK细胞工程中心主任、CAR-T领域先驱，著名细胞治疗公司JUNO therapeutics科学创始人 ，Sadelain非常看好Full Circles非病毒定点基因书写的平台技术在癌症细胞治疗领域的应用，并给Full Circles提供了广谱型基因安全港GSH给公司做专利，而专利也是基因治疗公司竞争力的重要来源。

另外一位是合成生物学家，MIT生物工程系的Christopher Voigt教授， 他为Full Circles 提供了工程化制备公司的微型化单链环状DNA提供了技术保障和专利支持。

经过两年时间，Full Circles推出了GATALYST平台，这有望成为一个高度精确、安全高效有针对性的基因组整合平台，以单链环状DNA分子为非病毒供体模板，进行大片段DNA基因组的插入、删除和修复，且不会触发先天免疫反应，有效载荷大小达到了AAV6病毒载量的7倍。

更加值得一提的是，细胞基因治疗的一大门槛是价格昂贵，非病毒单链环状DNA可能缓解这一问题。相对于病毒载体系统而言，非病毒载体系统的生产工艺更加简单、容易进行质量控制；同时在存储方面，非病毒载体使用的质粒DNA稳定性更高，存储的要求也比病毒载体系统的RNA病毒更低，有效期更长，无需冷链。比如在转染的这一环节上，非病毒载体的成本只有病毒载体的十分之一。

“由于生产成本，它的定价比病毒类产品会低很多，我们预计是病毒类产品10%-20%的价格，这能让更多患者支付得起。”Howard Wu向我们表述这一技术的成本优势。

基因治疗是让人遐想无限的技术：一次治疗、终生治愈是无数患者和医疗工作者的梦想。但在基因治疗领域，新的治疗模式可能不会很快在患者身上体现成果，还有一些基因治疗的反面例子，不仅没有起到推进技术认可和普及的作用，反而是让人们“谈虎色变”。

目前，基因编辑治疗领域真正成药的案例还不多，最为领先的公司之一是CRISPR Therapeutics，该公司预计将提交CTX001的BLA申请，CTX001是一种用于治疗输血依赖型乙型地中海贫血和严重镰状细胞病的药物，有望成为首家获得CRISPR-cas9项目监管批准的公司。

能克服基因编辑技术缺陷的基因书写，会因其前沿性而受到更多的审视。成立公司后，Full Circles团队发现，让这项颠覆性技术为人接受，需要时间与数据。

“投资人总是需要看到更多案例来说服他们，这也是很正常的。我们需要把护城河先筑牢，能证明我们是一个进阶版的解决方案，而不是单纯的高风险投资。”

2021年10月，Full Circles获得朗煜资本、维亚资本的种子轮投资，目前公司团队已有15人，分布在湾区和波士顿。

“目前来看，体外非病毒单链环状DNA的效果非常好，体内也在尝试，这方面我们在和国内的公司推进IIT临床。”Howard Wu介绍公司的进展，“我们也在和一些大药厂进行合作，事实上，药厂和众多基因编辑Biotech公司在不断追求这种新的技术，来真正解决他们想做的基因外科手术。”

目前Full Circles拥有四个协同的技术平台：GATALYST™、C4DNA™、TESOGENASE™，以及UGSH™，聚焦解决目前基因书写面临的三大关键问题：用什么做基因书写模版和编辑器 、如何进行非病毒定点基因书写、以及在哪里进行安全有效的基因书写。

▲Full Circles的四个协同技术平台

基因治疗领域一直有新的模式出现，很多模式都经历了被质疑到被追逐的过程。如环状RNA疗法被发现后用了30年才打破沉寂成为新的风口，现在则成为新一代明星分子，初创公司从世界级的风险投资机构、大型医药公司和其他投资集团筹集到高额资金。

监管机构的态度也同样重要。幸运的是，FDA对基因疾病一直非常重视，FDA已列出7000至8000种基因疾病，且哪个基因造成了哪种疾病表型是一一对应的，如果从机理开始做概念验证，至少需要5至10年，利用基因型和表行的一一对应的特点，从根本上修复致病基因提供了一个崭新的思路，可以大大加快进度。一方面，FDA鼓励像Tessera和Prime Medicine这样的公司利用颠覆性技术推进基因疾病治疗，另一方面，FDA在推进基因治疗的规范化，如今年的指导草案中，FDA要求对任何脱靶编辑的情况进行充分监控，并对靶标或脱靶编辑造成的意外后果进行充分评估。

但Howard Wu也指出：“基因书写领域的另一个问题是目前做的公司的确不多，推进临床需要基因书写公司、Biotech或药企和FDA三方共同努力，不断完善标准。”

“基因书写肯定是未来的趋势，”Howard Wu对前景感到乐观，“我们的初衷就是好的技术最后能造福患者，来解决一些悬而未决的问题”