02 · 安全性评估

CGT安全性评估

为细胞与基因治疗(CGT)产品提供全面的脱靶检测、染色体稳定性分析、载体整合位点鉴定及表观基因组评估,服务于IND申报前研究,满足FDA/EMA等监管机构对基因编辑产品安全数据的要求。

GUIDE-seq Detect-seq PEM-seq WGBS甲基化 整合位点分析 单细胞测序 核型分析

技术背景与基本原理

基因编辑与病毒载体在 CGT 中的安全性需覆盖脱靶、染色体重排、整合位点与表观组稳定性等多层证据。全基因组 DSB 检测与碱基/编辑器特异性检测方法学不同:Cas9 类 nuclease 的脱靶可借助标签寡核苷酸与连接测序等策略在基因组范围定位;碱基编辑则需考虑脱氨酶相关的非经典脱靶。染色体易位、大片段缺失等结构变化可通过连接介导的测序思路评估。WGBS 以化学转化方法解析甲基化,用于表观组一致性;整合位点分析则关注插入与功能元件的空间关系。

发展脉络与应用意义

从早期靶向测序到全基因组无偏方法,脱靶与重排检测的分辨率与通量随测序成本下降而提高;在申报资料中,方法选择通常需与所编辑的分子机制(DSB 切割 vs. 单碱基编辑)相匹配。

核心检测项目

覆盖DNA、RNA、染色体和表观遗传多个维度,为CGT产品提供完整安全性数据包。

DNA脱靶

GUIDE-seq 全基因组脱靶检测

GUIDE-seq(Genome-wide Unbiased Identification of DSBs Evaluated by Sequencing)通过在细胞内整合双链寡核苷酸(dsODN)标记Cas9产生的双链断裂(DSB)位点,实现无偏好的全基因组脱靶检测。

  • Tsai et al., Nature Biotechnology 2015
  • 检测灵敏度:0.1%以下脱靶编辑
  • 适用:SpCas9、SaCas9及其高保真变体
  • 可检测NHEJ与HDR修复位点
碱基编辑脱靶

Detect-seq CBE脱靶检测

Detect-seq通过化学标记C→U中间产物实现CBE(胞嘧啶碱基编辑器)全基因组无偏好脱靶检测,可捕捉传统方法难以检测的gRNA非依赖性脱靶事件。

  • Lei et al., Nature Methods 2021
  • 可同时检测gRNA依赖和非依赖性脱靶
  • 适用于CBE(BE3、BE4max、AncBE4max等)
  • 单核苷酸分辨率
转位/融合检测

PEM-seq 染色体转位检测

PEM-seq(Primer-Extension-Mediated Sequencing)通过捕获DSB末端与全基因组序列的连接,检测由Cas9编辑引发的染色体易位及大片段缺失事件。

  • Yin et al., Nature Biotechnology 2019
  • 可定量检测<0.001%频率的染色体重排
  • 适用于评估多靶点同时编辑的安全性
  • 对CAR-T等多基因编辑产品尤为重要
整合位点

病毒载体整合位点分析

通过LAM-PCR或TTIP-seq等方法鉴定慢病毒、AAV等载体在宿主基因组中的整合位点分布,评估插入突变风险。

  • 适用:慢病毒(LV)、整合型AAV(iAAV)、睡美人转座子
  • 分析整合位点与癌基因/抑癌基因的相对位置
  • 符合FDA IND申报对整合位点分析的指导要求
表观基因组

WGBS全基因组甲基化检测

全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)在单碱基分辨率检测DNA甲基化状态,评估基因编辑操作对表观遗传组的潜在干扰。

  • CpG甲基化覆盖率 >95%,测序深度 ≥30×
  • 可识别差异甲基化区域(DMR)
  • 适用于iPSC重编程质量评估及编辑后细胞检测
单细胞分析

单细胞测序安全性评估

通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)与单细胞ATAC-seq(scATAC-seq)在细胞群体异质性层面评估编辑效率、转录组扰动及染色质可及性变化。

  • 可结合CITE-seq检测细胞表面标志物
  • 评估编辑操作对细胞分化状态的影响
  • 适用于CAR-T、HSC移植物的质量控制

检测方法汇总

检测项目技术方法检测范围典型应用
DNA脱靶(Cas9)GUIDE-seq / CIRCLE-seq全基因组,无偏好CRISPR-KO/KI安全性
DNA脱靶(CBE)Detect-seq全基因组,含gRNA非依赖碱基编辑疗法IND前
RNA脱靶转录组测序对比分析全转录组ABE/CBE RNA编辑评估
染色体转位PEM-seq / CAST-seq全基因组多靶点编辑、CAR-T
大片段缺失ddPCR / ONT长读长测序靶位点周围所有CRISPR编辑
整合位点LAM-PCR / TTIP-seq全基因组病毒载体基因治疗
DNA甲基化WGBS / RRBS全基因组/CpG岛iPSC、epigenome评估
核型稳定性G显带核型 / aCGH / SNP阵列染色体数目与结构iPSC长期传代

参考文献

内容依据公开论文,不构成对具体服务结果的承诺。

Tsai SQ, et al. GUIDE-seq enables genome-wide profiling of off-target cleavage by CRISPR-Cas nucleases. Nat Biotechnol. 2015;33:187–197意义与启发:通过 dsODN 标记与全基因组富集,实现 Cas 切割位点的全基因组无偏发现,是 Cas9 类工具脱靶表征的代表性工作。
Lei L, et al. DETECT-seq reveals out-of-protospacer editing and target-strand DNA polymerization induced by nickase base editors. Nat Methods. 2021;18:643–651意义与启发:显示碱基编辑需要与其生化机制(如 U 中间体)一致的无偏脱靶分析,对 CBE 等工具的安全性研究具有方法学指导意义。
Yin J, et al. Optimizing genome editing strategy by primer-extension-mediated sequencing. Cell Discov. 2019;5:18意义与启发:PEM-seq 类方法通过捕获断裂末端连接,以定量方式研究易位等事件,为多重编辑、CAR-T 多靶点等场景提供结构安全性视角。
Nobles CL, et al. iGUIDE: an improved pipeline for analyzing CRISPR cleavage specificity. Genome Biol. 2019;20:14意义与启发:在 GUIDE-seq 等数据上改进比对与去重,强调生物信息学流程对“真实脱靶位点列表”可重复性的影响。

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