在基因治疗领域，一个潜在的救命疗法往往会被我们的免疫系统误认为是危险的感染。这是因为大多数基因疗法使用病毒或双链DNA来递送遗传信息到目标细胞。传统双螺旋结构的DNA可能导致毒性免疫刺激，并且难以包装到细胞递送载体中。因此，基因治疗的应用范围目前受到很大限制。
然而，一家名为Kano Therapeutics的MIT衍生公司正在采用一种全新的方法来开发基因疗法。该公司正在使用环形单链DNA（cssDNA）开发基因编辑技术，这种生物分子比双链DNA毒性更低，比RNA更稳定，并且能够更有效地递送到身体多个部位，用于治疗遗传疾病、癌症等多种疾病。
创新技术的诞生
Kano Therapeutics由前MIT博士后Floris Engelhardt、生物工程学教授Mark Bathe和MBA毕业生John Vroom于2021年共同创立。公司正在开发一个定制化长度和序列的cssDNA制造平台，能够递送遗传物质来修复或替换缺陷基因。
"我们可以与CRISPR和其他基因编辑技术配合使用，"Engelhardt解释道，"CRISPR能够找到基因组中的特定位置，与之结合并切割该位置，从而允许你编辑基因或阻止基因功能。但如果你有功能缺失性疾病，需要插入新的遗传代码片段怎么办？我们的方法可以让你替换整个基因或添加遗传信息。"
DNA技术的灵活性革命
大约在2019年，Bathe的实验室发表了一项研究，描述了如何设计和工程化cssDNA分子的序列和长度。这种分子在实验室中已使用数十年，但近年来在改善基因疗法方面越来越受到关注。几家制药公司立即联系了他们。
"单链DNA有点像信使RNA，可以在任何细胞、肿瘤或器官中编码任何蛋白质，"Bathe说，"它从根本上编码蛋白质，因此可以跨多种疾病使用，包括可能只影响国内少数人的罕见疾病。"
Engelhardt在慕尼黑攻读博士学位时也曾研究过cssDNA。她在一次会议上遇到了Bathe。
"我们当时考虑合作研究，"Engelhardt回忆道，"然后Mark听说我即将完成博士学位，说：'等一下。与其合作，我应该雇佣你。'"
提交博士论文后48小时内，Engelhardt收到了一封邮件，邀请她申请Bathe实验室的博士后职位。她被这个职位吸引，因为她将专注于有潜力帮助患者的研究。
"MIT非常擅长创建面向行业的博士后项目，"Engelhardt说，"我受到启发，想着以创立公司为目标进行博士后工作，而不是仅仅进行学术研究。"
克服基因治疗的局限性
Bathe和Engelhardt从制药行业成员那里了解到，单链DNA如何帮助克服基因和细胞疗法的局限性。尽管基于CRISPR的治疗最近已被批准用于几种遗传疾病，但CRISPR的有效性受到其潜在毒性和向身体特定部位递送效率不高的限制。此外，这些治疗只能给药一次，因为CRISPR经常被我们的免疫系统标记为外来物质并被身体排斥。
Engelhardt开始探索MIT的资源，以帮助商业化她的研究。她通过MIT在线"创始人速配"活动遇到了Vroom。她还获得了风险指导服务的支持，在MIT斯隆管理学院学习了课程，并与MIT产业联络项目合作。早期，Bathe建议Engelhardt与MIT技术许可办公室合作，她告诉每位创始人，一旦开始考虑将研究商业化，就应该立即这样做。
2021年，Kano在MIT斯隆医疗创新奖（SHIP）中获得2万美元一等奖，以商业化一种设计和制造单链DNA的新方法。Kano使用发酵技术生产cssDNA，比基于化学DNA合成的方法成本更低。
"没有人能够获取这种类型的遗传材料，因此我们的大量工作集中在创建最高质量、经济上可扩展的工艺，使环形单链DNA在商业上可行，"Engelhardt说。
技术优势与应用前景
如今，Kano的环形单链DNA可用于将长达10,000个核苷酸的整个基因插入体内。Kano计划与制药公司合作，使他们的基因疗法更具靶向性和效力。例如，制药合作伙伴可以使用Kano的平台将CD19和CD20基因（在某些肿瘤细胞中表达）连接起来，并规定只有当两个基因都结合到细胞受体时，它们才会进入该细胞的基因组并进行编辑。
总的来说，Engelhardt表示，使用环形单链DNA使Kano的方法比CRISPR等平台更灵活。
"我在博士后早期与制药公司合作时意识到，由于无法获取这些分子，缺乏设计理解，"Engelhardt说，"当涉及到基因或细胞疗法时，人们只考虑基因本身，而不是侧翼序列或基因周围的任何其他东西。既然DNA不再一直困在双螺旋结构中，我可以创建小的三维结构——比如环或发夹结构——它们可以作为将DNA拉入细胞核的结合蛋白发挥作用。这为DNA开辟了一条全新的路径，因为它使DNA可工程化——不仅在结构水平上，也在序列水平上。"
合作伙伴关系与市场影响
为了促进更多合作伙伴关系，Kano正在与合作伙伴签订协议，给予公司较小比例的最终药物特许权使用费，但允许同时与多家公司合作。最近与默克集团（Merck KGaA）的合作中，Kano将其环状cssDNA平台与该公司的脂质纳米颗粒解决方案相结合，用于递送基因疗法。Kano还与其他大型制药公司进行谈判，计划在未来两年内将癌症药物共同带入临床。
"这令人兴奋，因为我们将把我们的DNA整合到合作伙伴的药物系统中，因此当他们提交新药物并给首批患者用药时，我们的DNA将成为疗效的治疗信息载体，"Engelhardt说，"作为首次创业者，这就是你想去的地方。我们一直在谈论对患者的影响，这就是我们将实现它的方式。"
Kano还在开发第一个将cssDNA设计与活性相关联的数据库，以加速新疗法的开发。
"目前，人们不了解如何为这些疗法设计DNA，"Engelhardt说，"每个想要差异化的人都必须开发新的编辑工具、新的递送工具，但没有连接公司能够促进这些专业领域的合作。当合作伙伴来找我们时，我们可以说，'基因序列完全归你所有。'但通常问题不在于序列本身，还在于允许你将DNA插入基因组的启动子或侧翼序列，或者使DNA能够很好地包装到递送纳米颗粒中。在Kano，我们正在建立最佳知识库，使用DNA材料来治疗疾病。"
技术原理与科学价值
环形单链DNA技术的核心优势在于其独特的分子结构。与传统双链DNA不同，cssDNA的单链结构使其能够形成各种三维构象，如发夹、环状结构等。这些结构可以设计成具有特定功能的分子，例如作为核定位信号帮助DNA进入细胞核，或作为特异性识别元件靶向特定细胞类型。
这种结构灵活性使得cssDNA在基因编辑中具有独特优势。CRISPR技术虽然强大，但主要依赖于双链DNA断裂和修复机制，对于需要插入整个基因或大片段DNA的应用场景存在局限性。而cssDNA可以直接作为模板进行基因替换或添加，无需依赖细胞的DNA修复机制，大大扩展了基因编辑的可能性。
此外，cssDNA的免疫原性显著低于双链DNA和病毒载体。传统基因治疗中使用的病毒载体常常会引发强烈的免疫反应，导致治疗效果受限或需要重复给药。cssDNA的低免疫原性特性使得基因治疗可以多次给药，提高了治疗的灵活性和持续性。
生产工艺与商业化路径
Kano Therapeutics在生产工艺上也实现了重要突破。传统的DNA合成主要依赖化学方法，不仅成本高昂，而且难以生产长链DNA分子。Kano采用生物发酵方法生产cssDNA，大幅降低了生产成本，同时能够生产长达10,000个核苷酸的DNA片段，满足了大多数基因治疗的需求。
公司的商业化策略也颇具创新性。与传统生物技术公司不同，Kano采用"轻资产"模式，专注于核心技术的研发和平台建设，而将具体药物的开发留给合作伙伴。这种模式使得Kano能够与多家制药公司同时合作，扩大技术影响力，同时降低风险和资本需求。
在知识产权方面，Kano构建了全面的专利组合，保护其cssDNA设计、生产和应用的核心技术。这包括DNA序列设计方法、生产工艺优化、以及在基因治疗中的具体应用等多个层面的专利保护。
行业影响与未来展望
基因治疗领域正在经历快速发展，但仍面临诸多挑战。递送效率低、免疫原性强、生产成本高、靶向性不足等问题制约了基因治疗的广泛应用。Kano的cssDNA技术为解决这些问题提供了新的思路和方法。
随着基因治疗市场的不断扩大，预计到2030年将达到数千亿美元的规模。在这一背景下，Kano的技术平台具有巨大的市场潜力。公司正积极拓展适应症范围，从最初的血液系统肿瘤扩展到实体瘤、遗传性疾病、自身免疫疾病等多个领域。
未来，Kano计划进一步优化其cssDNA平台，提高DNA片段的长度和稳定性，开发更智能的递送系统，并建立更完善的DNA设计-活性数据库。这些进展将进一步推动基因治疗的发展，使更多患者能够受益于这一革命性治疗方式。
在科学探索方面，cssDNA技术也为基础研究提供了新工具。研究人员可以利用定制化的cssDNA来研究基因功能、调控机制和细胞信号通路，加速对生命科学的理解。这种技术的应用前景不仅限于医学领域，还可能在生物计算、生物传感和材料科学等多个方向产生深远影响。
结语
Kano Therapeutics通过环形单链DNA技术，为基因治疗领域带来了革命性的突破。这一创新不仅解决了传统基因治疗中的多个关键问题，还为基因编辑开辟了全新的可能性。随着技术的不断成熟和商业化的深入推进，我们有理由相信，cssDNA将在未来改变基因治疗的格局，为更多患者带来新的希望。这不仅是一项技术创新，更是对生命科学边界的拓展，代表着生物医学领域的一个重要里程碑。
