目錄
第1章 緒論 1
1.1 醫(yī)學合成生物學的興起與發(fā)展 1
1.2 醫(yī)學合成生物學的應用領域 2
1.1.1 藥物生產 3
1.1.2 疾病診斷 5
1.1.3 疾病治療 7
1.3 醫(yī)學合成生物學的研究思路 11
1.4 醫(yī)學合成生物學的展望與挑戰(zhàn) 13
參考文獻 14
第2章 人工生物元件的設計優(yōu)化 17
2.1 生物元件簡介 17
2.1.1 蛋白質元件 17
2.1.2 核酸元件 23
2.2 生物元件的理性設計 34
2.2.1 蛋白質元件理性設計 34
2.2.2 核酸元件的理性設計 38
2.3 生物元件的智能設計 43
2.3.1 蛋白質元件的智能設計 43
2.3.2 RNA元件的智能設計 48
2.3.3 DNA元件的智能設計 53
2.4 生物元件設計優(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)化的結合 57
2.4.2 元件交叉的創(chuàng)新與協同優(yōu)化 58
2.4.3 理性智能設計與精準控制 58
2.4.4 多模態(tài)數據融合與突破 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 67
3.1.2 Cas12基因編輯技術 70
3.1.3 堿基編輯技術 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 75
3.2.3 不依賴Cas的ADAR驅動的RNA編輯 76
3.2.4 Cas13系統的應用 78
3.3 引導編輯器 81
3.3.1 引導編輯器概述續(xù)論 81
3.3.2 引導編輯的安全性分析 82
3.3.3 引導編輯在基因治療等方面的應用 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 基因線路的實現機制 87
4.1.1 基于啟動子和終止子的轉錄調控 87
4.1.2 基于DNA結合蛋白的轉錄調控 88
4.1.3 基于RNA元件的翻譯調控 90
4.1.4 基于重組酶的調控 91
4.1.5 基于CRISPR系統的調控 92
4.1.6 基于蛋白互作的調控 94
4.2 基因線路的構建原則 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 經典的基因線路 99
4.3.1 邏輯門 99
4.3.2 雙穩(wěn)態(tài)開關 102
4.3.3 振蕩線路 103
4.3.4 級聯線路 104
4.3.5 群體感應線路 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 計數器線路 107
4.4 計算機輔助的基因線路構建策略 109
4.4.1 計算機輔助的基因線路設計策略 109
4.4.2 常微分仿真輔助基因線路設計的案例 112
4.4.3 計算機輔助的基因線路設計的挑戰(zhàn)和應對 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 146
5.4 小結 147
參考文獻 150
第6章 人工生物分子的遞送系統 153
6.1 病毒遞送載體 153
6.1.1 腺相關病毒載體 153
6.1.2 腺病毒載體 159
6.1.3 逆轉錄病毒載體 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)學應用場景 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 總結與展望 194
參考文獻 196
第7章 合成生物技術用于藥物開發(fā)的前景與挑戰(zhàn) 200
7.1 合成生物技術的臨床應用前景 200
7.2 合成生物技術用于藥物開發(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 合成生物技術用于藥物開發(fā)面臨的挑戰(zhàn) 229
7.3.1 藥物監(jiān)管的復雜性 229
7.3.2 生產制備的技術瓶頸 237
7.3.3 臨床開發(fā)中的挑戰(zhàn) 239
參考文獻 241