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基因療法是如何工作的?

田納西州孟菲斯聖裘德兒童研究醫院的血液學家、美國基因治療學會即將卸任的主席亞瑟·尼恩胡伊斯回應:

基因療法是將新的基因新增到患者的細胞中,以替換缺失或功能失調的基因。研究人員通常使用病毒將遺傳物質攜帶到細胞中,因為這是病毒進化而來對其自身遺傳物質所做的事情。


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醫生可以在體內或體外進行治療,這種治療於 1990 年首次在人體上進行測試。在前一種情況下,他們可能會將攜帶基因的病毒直接注射到有缺陷細胞的區域。這種方法在帕金森病療法中非常有用,例如,帕金森病只需要針對大腦的一部分。

早期的體內基因療法使用腺病毒——普通感冒背後的病毒種類——但這種製劑會引發身體的免疫反應。如今,研究人員使用所謂的腺相關病毒,已知這種病毒不會在人體中引起任何疾病。

在體外基因療法中,研究人員從患者身上採集血液或骨髓,並分離出未成熟的細胞。他們向這些細胞中新增一個基因,並將它們注射到患者的血液中;這些細胞會移動到骨髓,成熟並迅速繁殖,最終取代有缺陷的細胞。研究人員正在努力實現替換患者的所有骨髓或整個血液系統的能力——這對於治療鐮狀細胞貧血非常有用,鐮狀細胞貧血中,新月形的紅細胞會阻礙血液流動。

體外基因療法已被用作治療重症聯合免疫缺陷病 (SCID) 的方法,有時也稱為泡泡男孩綜合徵。SCID 患者無法抵抗日常感染,通常在兒童時期死亡。對於這種治療,科學家們使用逆轉錄病毒,HIV 就是其中的一個例子。這些製劑非常擅長將它們的基因插入宿主細胞的 DNA 中。大約 30 名兒童接受了 SCID 治療,超過 90% 的人被治癒——這比骨髓移植提供的 50% 的康復機會有所提高。

與逆轉錄病毒相關的一個風險是,它們可能會將它們的基因縫合到宿主 DNA 的任何位置,破壞其他基因並導致白血病。這種併發症已經影響了迄今為止接受治療的 5 名 SCID 患者;然而,其中 4 名患者已經戰勝了癌症。研究人員目前正在努力降低引發白血病的風險。

儘管美國市場上目前沒有基因治療產品,但最近在帕金森病和萊伯先天性黑矇(一種罕見的失明形式)方面的研究都取得了非常有希望的結果。如果這種潛力得以實現,數百種疾病可能有資格接受治療。

麵包為什麼會變質?

—H. Yang,德克薩斯州斯塔福德

普渡大學食品科學名譽教授詹姆斯·貝米勒給出了答案:

儘管這個過程尚未完全解釋清楚,但澱粉聚合物分子的結晶是最廣泛接受的,但不是唯一的促成因素。變質從麵包出爐並開始冷卻後立即開始。麵包變硬的速度取決於其成分、烘烤方式和儲存條件。

麵包是由澱粉分子和小麥麵粉蛋白質(稱為麩質)分子製成的泡沫狀網路。在這個支架內部是由酵母在發酵過程中產生的二氧化碳氣體袋。

隨著時間的推移,澱粉分子趨於結晶。(澱粉晶體不像糖或鹽的晶體,而是形成於澱粉聚合物大分子小區域的微晶。)水是這些微晶形成所必需的,澱粉可能會從麩質中吸收所需的水分子。從麩質中去除水分會使其從橡膠態變為剛性的所謂玻璃態,從而使麵包變硬。然而,加熱變質的麵包會軟化玻璃態,從而使麵包恢復新鮮。

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大眾科學 Magazine Vol 299 Issue 2本文最初以“請教專家”為標題發表於《大眾科學雜誌》第 299 卷第 2 期(),第 108 頁
doi:10.1038/scientificamerican0808-108
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