醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)的興起與發(fā)展 1
1.2 醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域 2
1.1.1 藥物生產(chǎn) 3
1.1.2 疾病診斷 5
1.1.3 疾病治療 7
1.3 醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)的研究思路 11
1.4 醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)的展望與挑戰(zhàn) 13
參考文獻 14
第2章 人工生物元件的設(shè)計優(yōu)化 17
2.1 生物元件簡介 17
2.1.1 蛋白質(zhì)元件 17
2.1.2 核酸元件 23
2.2 生物元件的理性設(shè)計 34
2.2.1 蛋白質(zhì)元件理性設(shè)計 34
2.2.2 核酸元件的理性設(shè)計 38
2.3 生物元件的智能設(shè)計 43
2.3.1 蛋白質(zhì)元件的智能設(shè)計 43
2.3.2 RNA元件的智能設(shè)計 48
2.3.3 DNA元件的智能設(shè)計 53
2.4 生物元件設(shè)計優(yōu)化的發(fā)展趨勢 57
2.4.1 算法方向的發(fā)展與生物元件優(yōu)化的結(jié)合 57
2.4.2 元件交叉的創(chuàng)新與協(xié)同優(yōu)化 58
2.4.3 理性智能設(shè)計與精準控制 58
2.4.4 多模態(tài)數(shù)據(jù)融合與突破 59
2.4.5 生物元件的功能優(yōu)化 59
參考文獻 60
第3章 基因編輯 66
3.1 DNA編輯器 67
3.1.1 Cas9基因編輯技術(shù) 67
3.1.2 Cas12基因編輯技術(shù) 70
3.1.3 堿基編輯技術(shù) 72
3.2 RNA編輯器 75
3.2.1 RNA編輯器的特點 75
3.2.2 靶向RNA的基因編輯系統(tǒng) 75
3.2.3 不依賴Cas的ADAR驅(qū)動的RNA編輯 76
3.2.4 Cas13系統(tǒng)的應(yīng)用 78
3.3 引導(dǎo)編輯器 81
3.3.1 引導(dǎo)編輯器概述續(xù)論 81
3.3.2 引導(dǎo)編輯的安全性分析 82
3.3.3 引導(dǎo)編輯在基因治療等方面的應(yīng)用 83
3.4 前景展望 83
參考文獻 85
第4章 人工基因線路 86
4.1 基因線路的實現(xiàn)機制 87
4.1.1 基于啟動子和終止子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 87
4.1.2 基于DNA結(jié)合蛋白的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 88
4.1.3 基于RNA元件的翻譯調(diào)控 90
4.1.4 基于重組酶的調(diào)控 91
4.1.5 基于CRISPR系統(tǒng)的調(diào)控 92
4.1.6 基于蛋白互作的調(diào)控 94
4.2 基因線路的構(gòu)建原則 94
4.2.1 模塊化 94
4.2.2 正交化 96
4.2.3 絕緣化 97
4.2.4 穩(wěn)定性和魯棒性 98
4.3 **的基因線路 99
4.3.1 邏輯門 99
4.3.2 雙穩(wěn)態(tài)開關(guān) 102
4.3.3 振蕩線路 103
4.3.4 級聯(lián)線路 104
4.3.5 群體感應(yīng)線路 104
4.3.6 生物成像線路 106
4.3.7 基因線路糾錯和放大 107
4.3.8 計數(shù)器線路 107
4.4 計算機輔助的基因線路構(gòu)建策略 109
4.4.1 計算機輔助的基因線路設(shè)計策略 109
4.4.2 常微分仿真輔助基因線路設(shè)計的案例 112
4.4.3 計算機輔助的基因線路設(shè)計的挑戰(zhàn)和應(yīng)對 116
參考文獻 118
第5章 細胞工程 121
5.1 免疫細胞工程 121
5.1.1 T細胞工程 121
5.1.2 B細胞工程 132
5.1.3 工程化巨噬細胞 133
5.1.4 工程化NK細胞 134
5.2 干細胞來源的細胞工程 136
5.2.1 誘導(dǎo)多能干細胞來源的免疫細胞 136
5.2.2 基于干細胞工程化改造的紅細胞療法 139
5.2.3 誘導(dǎo)干細胞定向分化為胰島β細胞 141
5.3 細菌工程 143
5.3.1 工程細菌用于疾病診斷和監(jiān)測 143
5.3.2 工程細菌用于腫瘤治療 144
5.3.3 細菌作為治療藥物遞送系統(tǒng) 146
5.4 小結(jié) 147
參考文獻 150
第6章 人工生物分子的遞送系統(tǒng) 153
6.1 病毒遞送載體 153
6.1.1 腺相關(guān)病毒載體 153
6.1.2 腺病毒載體 159
6.1.3 逆轉(zhuǎn)錄病毒載體 163
6.1.4 正鏈RNA病毒載體 167
6.2 非病毒遞送載體 170
6.2.1 脂質(zhì)納米顆粒 170
6.2.2 病毒樣顆粒 174
6.2.3 外泌體 178
6.2.4 聚合物材料 182
6.3 不同遞送載體的醫(yī)學(xué)應(yīng)用場景 187
6.3.1 基因治療/蛋白替代療法 187
6.3.2 腫瘤免疫治療 188
6.3.3 傳染病疫苗 193
6.4 總結(jié)與展望 194
參考文獻 196
第7章 合成生物技術(shù)用于藥物開發(fā)的前景與挑戰(zhàn) 200
7.1 合成生物技術(shù)的臨床應(yīng)用前景 200
7.2 合成生物技術(shù)用于藥物開發(fā)的案例分析 203
7.2.1 基因元件 204
7.2.2 基因線路 213
7.2.3 基因編輯工具 219
7.2.4 細胞工程 223
7.2.5 遞送工程 228
7.3 合成生物技術(shù)用于藥物開發(fā)面臨的挑戰(zhàn) 229
7.3.1 藥物監(jiān)管的復(fù)雜性 229
7.3.2 生產(chǎn)制備的技術(shù)瓶頸 237
7.3.3 臨床開發(fā)中的挑戰(zhàn) 239
參考文獻 241