构建模式动物家犬模型,希诺谷生物获国家级关键科学课题

在刚刚过去的2020年世界自闭症日,北京希诺谷生物科技有限公司发布自闭症家犬模型实验视频。此前,希诺谷生物曾在2018年3月成功诞生世界首例基因编辑自闭症模型犬。

视频中,野生型比格犬会主动与人互动交流,听到陌生人呼叫名字也有反应,而Shank3(突触后密集区支架蛋白基因)基因编辑家犬自闭症模型则与人无目光对视,无交流互动、喜欢独处,偶尔会疯狂转圈。

希诺谷生物副总经理赵建平告诉动脉网,Shank3基因编辑犬出现的行为学异常和重复刻板是自闭症的临床核心症状,“作为动物模型,要模拟病人发病机制和临床特征,除了需要敲除SHANK3基因外,更重要的就是行为模式和社交互动要与病人契合。” 这是人类首次运用犬基因编辑技术和克隆技术来构建社交与情感相关基因突变体,由此揭示社交和情感的生物学基础。

据了解,2019年12月,希诺谷生物联合中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院生物物理研究所、中国科学院昆明动物研究所、北京大学五家单位共同申请的科技部国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”中“社交与情感的生物学基础和转化研究”专项,顺利通过答辩,课题研究全面展开。

犬是人类驯养时间最长的动物之一,最早的被驯犬可以追溯至一万多年前的新石器时期。以家犬为模式动物,开展社交与情感以及认知功能研究领域,能够更好地揭示人类社交和情感的遗传和神经生物学机制,未来有可能带来认知和精神疾病药物研发的突破。

国际领先的动物基因科技商业化供应商

自1943年自闭症首次被确诊以来,科学家一直致力于找出这种疾病更深层次的发病机制。通过对大量自闭症患者样本的基因检测,研究人员发现,SHANK3与自闭症有着巨大的关联。

SHANK3是目前研究最深入的几个孤独症致病基因之一,其导致的孤独症谱系主要临床症状为肌肉张力减退、发育迟缓、语言缺失或滞后、社交障碍、甚至智力障碍。通过对家犬的全基因组序列分析,研究人员发现在家犬中Shank3基因结构与人类相似。于是,希诺谷生物针对家犬进行了基因编辑。赵建平先生告诉动脉网,目前公司拥有Shank3 21号外显子片段删除、5~21号外显子大片段删除的F0代以及不同基因类型的大量杂合F1代。通过表型分析,突变犬均表现出不同程度的运动能力异常、重复刻板、犬/犬和人/犬社交异常、认知障碍等自闭症临床症状。

希诺谷生物创立于2012年,是一家位于北京昌平科技园的国家高新技术企业。作为国内从事动物基因科技商业化的企业,希诺谷创建了动物基因编辑和体细胞克隆两大技术平台,开展犬、猫、马、猪、牛等多物种克隆,开辟了全球基因编辑家犬疾病模型这一全新的领域,开发新一代模式动物。

希诺谷生物相继培育出世界首例基因编辑动脉粥样硬化疾病模型犬“苹果”、世界首例基因编辑克隆犬“龙龙”、世界首例自闭症疾病模型犬、世界首例点突变GCK糖尿病模型犬、世界首例LCA先天性黑蒙模型犬、国内第一例克隆警犬“昆勋”、国内第一只克隆猫“大蒜”等,并在清华启迪和建银国际机构助力下,推动科技成果产业化,逐步开展商业化应用。

实际上,犬类被用作药物开发的试验动物已经有相当长的研究历史,犬是国际公认的标准实验动物,并且曾经贡献多个诺贝尔生理或医学奖。赵建平先生指出,家犬在长期与人类相伴生存的过程中,相似的生长环境和饮食结构,长期的趋同进化,发展出了许多与人类相近的特性,往往更加顺服,实验中的配合度也较高。“实验中使用较多的家犬是比格犬,它们在组织学、解剖学、结构学等方面与人类似,在药物代谢和毒理学研究里发挥了重要作用。”

自创立以来,希诺谷生物一直致力于开发模拟人类临床疾病的系列基因编辑家犬疾病模型,已经形成覆盖脑科学、心脑血管、代谢性疾病、罕见病等多个方向的模式动物,最多繁育到F2代,为国内多个科研机构、医疗机构、生物医药企业提供支撑疾病发病机制研究、药物有效性评价、新药研发实验、非药物治疗有效性实验与评价的模式动物。

构建模式动物家犬模型,希诺谷生物获国家级关键科学课题

与其他类型的模式动物,如小鼠、非人灵长类猴相比,家犬具有丰富的社交和情感,特别是与人类跨物种间的社交和情感,配合度高、繁殖快,便于遗传操作。同时,犬作为常见宠物,具备相对完善的医疗体系,影像、B超、生化等检查检测可为模型犬的研究与应用提供充分的医疗手段,是研究多种人类常见疾病的理想模式动物。基因编辑家犬疾病模型,采用基因工程的方法对犬基因组进行基因编辑,其疾病症状为原发症状,表型持续时间长,且具有可遗传性,能够更全面、真实地模拟人类疾病。

据赵建平先生介绍,目前,希诺谷生物主要通过成熟模型销售和委托定制开发两种方式输出模式动物。对于培育相对成熟的模式动物,如全身性动脉粥样硬化家犬模型、自闭症家犬模型,主要采取订单销售的方式直接面向用户提供产品;而对于研究团队新的课题方向,需要进一步开发的模式动物,希诺谷生物则通过定制开发的方式完成交付。同时,鉴于许多科研团队没有大动物的实验平台和场地,公司提供基于模式动物开展大动物实验服务。通过多年的运营,希诺谷生物积累下丰富经验及研究能力,与多所国内外高校、科研院所、制药企业建立了稳定的合作关系。

生命科技蓬勃发展,模式动物需求巨大

在生命科学研究领域,进行实验研究需要四个基本要素,即实验动物、设备、信息和试剂。实验动物又称模式动物,是生命科学研究必不可少的载体,据统计,《自然医学》杂志2008发表的全部论文中,约86%使用了实验动物。随着基因编辑技术的快速发展,人们开始尝试运用基因修饰手段获得各种基因缺失和基因敲入的实验动物。

目前,我国生命科学领域科学研究与成果转化快速发展,带动了作为支撑和服务行业的模式动物产业需求快速增加,行业年增长率超过20%。尤其是基因科技的飞速发展,对于更能准确模拟人类基因缺陷性疾病的基因编辑模式动物的需求正在爆发式释放。

构建模式动物家犬模型,希诺谷生物获国家级关键科学课题

随着全球生命科学行业持续快速发展,模式动物行业已经不仅是生命科学行业的子行业,成为生物技术、医学、制药等行业的主要推动力。近年来,全球各国的研究机构、科研团队在生命科学研究领域投入了大量资金。

以美国最大的生命科学研究单位之一美国国立卫生研究院(NIH)为例,2016年度美国国立卫生研究院从美国联邦政府获得的研究经费预算为323亿美元,较2015年度增长了约20亿美元,增幅达到6%。NIH数据显示,过去15年间,受美国联邦政府资助的前25大机构的日均实验动物存量大幅增加,从1997年至2003年间的约74,600只增加到2008年至2012年间的约128,900只,增幅达到73%。

在我国,《国民经济和社会发展“十三五”规划纲要》、《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》都将生命科学行业作为战略新兴行业之一。近年来,生命科学研究领域的投入不断增加。《新英格兰医学杂志》(NEJM)杂志曾指出,仅生物医学方面,中国的研究投入就从2007年的约20亿美元,增长至2012年的约84亿美元,年平均增幅达到33%,由此催生出模式动物和基于模式动物开展动物实验的巨大需求。

基因编辑技术是当前生物技术中最热门和发展最快的应用领域,是基因组时代研究基因功能最直接和最有效的方法之一。而犬是生物医药研究中标准的模式动物,基因编辑疾病模型犬是研究人类脑科学、心血管疾病、代谢性疾病、罕见病和肿瘤等领域理想的大动物模型。赵建平先生表示,作为新一代模式动物,基因编辑家犬模型在生命科学基础和转化应用研究中,有望开辟新的研究方向和驱动新的产业发展,为提升药物研发效率、开展药物筛选、药物代谢、药效评价等提供有力支撑和高效助力。#自闭症#

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