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美国合成生物学初创公司Intergalactic Therapeutics,Artizan Biosciences,以及Synlogic Inc去年在Nature Review上合作发表了关于合成生物学的文章。
合成生物学可以赋予细胞治疗能力。小分子和基于蛋白质的生物制剂，这些分子的内在生物活性通常通过药物化学、蛋白质工程和/或药物传递方法来增强，以达到治疗效果和安全性。合成生物学的出现及其将新功能编程到细胞中的能力为开发一类新的治疗方法提供了机会。像分子化合物和蛋白质一样，活细胞显示出天然的生物活性，可以用于治疗应用。许多人类细胞类型和与人类相关的微生物可以用作生产细胞来构建赋予它们治疗能力的遗传代码。
分子逻辑门
利用工程基因环路开发新的疗法。遗传环路的组成部分：引入活细胞被组织成具有输入和输出的功能模块。初始输入这些传感模块可能包括环境或疾病生物标志物。识别后，输出模块可以启动广泛的程序反应，以驱动工程细胞的治疗行为。例如,血糖升高可以作为一个输入，它可以被葡萄糖转运蛋白及其信号级联所感知胰岛素32的表达。降低血糖水平后释放胰岛素负调节电路活动通过反馈控制。这些传感和处理模块的体系结构可以包括各种逻辑门，以指定治疗反应的敏感性、灵活性、强度和时间。
上图展示了组织驻留细胞可以通过使用包括多输入逻辑环路在内的多种设计来识别细胞状态，例如恶性肿瘤细胞。
CAR-T细胞治疗与工程基因环路。循环的工程嵌合抗原受体(CAR)-T细胞可用于细胞治疗的控制性、灵活性和特异性。可控CAR-T细胞。外源性可溶性配体可以通过刺激CAR表达或CAR二聚体来开关CAR- T细胞活性。通过这种方式，CAR活性可以通过两个输入更好地控制:抗原和小分子配体。
利用工程基因环路的细菌细胞疗法。现有的活细菌从肠道工作的设计可分为三大类:诊断性生物传感器，用于检测疾病状态下出现在肠腔内并有效放大输出信号的肠道炎症相关生物标志物;用于生产免疫调节分子(如三叶因子或抗炎化合物)或用于消耗肠腔内的促炎分子(如ATP)的细菌;这些反应可以由炎症生物标志物的存在控制，并可以恢复上皮屏障功能和减轻炎症。在第三类代谢紊乱情况下有毒分子的代谢转化(苯丙酮尿症时有毒苯丙氨酸转化为反式肉桂酸(TCA)，或高氨血症时氨转化为精氨酸)可以由胃肠道中发现的微环境的某些特征(如低氧张力)控制。现有的活细菌设计对抗肿瘤，抗肿瘤免疫反应和肿瘤消除。这些设计包括遗传振荡器，如群体感应(QS)电路，以控制效应分子(如免疫调节蛋白，促凋亡肽，免疫检查点抑制剂抗体)的局部传递。其他设计在肿瘤驻留抗原呈递细胞(APCs)吞噬工程细菌后触发免疫刺激分子的合成，以应对低氧肿瘤微环境(TME)。
Intergalactic Therapeutics以C3DNA （环状DNA）技术为基础，应用于多种适应症：
Artizan Bioscience以基因工程化活菌为技术，主要针对肠道疾病如IBD等进行临床前和临床开发。
Synlogic由著名合成生物学家Tim Lu创立，以基因工程化活菌为基础，Synlogic设计了专有的开关和遗传系统，能够激活、抑制或调节活动，以治疗体内疾病，目前处于三期临床的是用于治疗苯丙酮尿症的活菌。
