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在药物发现中，对新药的筛选、评估、验证等过程极其漫长和成本高昂，通常跨度十几年的时间，花费超过10亿美元，且最终只有一小部分候选药物能够真正进入市场。具有高风险、高投入、超长周期的特点。因此挖掘新技术攻克药物发现过程中的难题是加快药物开发进程、降低药物开发风险的关键。
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使用CRISPR技术开发新疗法
药物发现的临床前阶段很大程度上依赖于对基因组的编辑能力。通过改变基因的序列或改变基因的表达水平，科学家们可以开发出一系列的检测方法来发现疾病相关的靶点并测试其治疗效果。然而，快速、准确、经济有效的基因组编辑能力往往受到技术的限制。例如，目前广泛使用的RNA干扰(RNAi)筛选，往往只是部分沉默基因表达，并伴有高频率的脱靶效应。CRISPR技术的出现和发展，大大改善了这一现状。通过设计一个短的gRNA序列，科学家几乎可以使用Cas9对任何基因或位点进行切割，诱导细胞修复，促进基因敲除、敲入或定点突变。由于这些基因修饰是内源性的，科学家可以在自然条件下研究相关基因的mRNA和蛋白质水平的后续变化。CRISPRa（基因激活）和CRISPRi（基因抑制）的出现，也增加了CRISPR技术的易用性和通用性，它在克服药物发现的许多技术挑战方面显示出更大潜力。在这里，我们总结了CRISPR技术在推进临床前药物开发的一些应用。02
药物发现流程
药物研发过程通常从基础科学研究开始，在新疗法获准临床使用之前，要经过许多步骤。虽然每个制药公司发现和开发新药的方法不同，但大多数临床前过程的主要步骤是共同的，即靶点发现和验证、高通量药物筛选、hit验证和先导药物优化。一个典型的药物开发过程持续10-14年，花费超过10亿美元。药物发现过程从临床前研究开始：1.影响某一疾病发生发展的关键靶点首先被确定和验证。2.筛选大量化合物，以确定与关键靶点相互作用的潜在化合物。3.使用细胞系筛选平台测试验证潜在化合物的有效性。4.对有潜力的化合物(先导物)进行优化和安全性评估。5.通过测试的候选药物将进行临床试验，并最终获得FDA的批准成为新药。01
关键靶点发现和验证
药物发现过程始于疾病相关的作用靶点(DNA、RNA或蛋白质)的发现。通常新靶点都是通过科学研究中的新发现获得。基于CRISPR技术的高通量筛选系统可以用于大规模地敲除（CRISPR-KO）、抑制（CRISPRi）或激活（CRISPRa）大量候选基因。通过观察疾病表型的恶化或是缓解，可以找到潜在的药物作用靶点。一旦确定了一个潜在的药物作用靶点，需要进一步收集体外实验和体内实验的功能验证数据。此阶段可以通过CRISPR技术构建基因敲除细胞系模型和基因激活（过表达）细胞系模型来加速这一进程。如果一个靶点和疾病之间的因果关系已经确定，并且该靶点具有药物开发潜能，那么接下来就可以启动高通量的化合物筛选实验，寻找潜在的治疗候选药物。02
高通量化合物筛选
在靶点发现和验证之后，下一步就是高通量筛选数万个化合物。其内容包含靶点-化合物互作、结合亲和力等生化分析以及基于细胞系筛选的功能关联性分析。通过CRISPR技术可以更准确地构建与疾病相关的突变细胞株，提高了基于细胞系筛选的效率。例如，使用CRISPR技术可以同时诱导多个位点定点突变，可以更好地模拟疾病基因型。通过这些细胞模型，可以在药物发现过程的早期准确地排除无效化合物并识别出有效的化合物，节省时间，降低成本。通过这一轮筛选的化合物分子将在下一阶段中接受更严格的测试验证。03
候选化合物验证
经过上一轮筛选得到的化合物将进行细胞系模型验证。通过CRISPR技术可以加速构建疾病相关细胞系模型，通过这些精确的细胞系模型可以加速临床前研究进程。除了永生细胞系外，科学家还可以生产具有相关遗传背景的原代细胞、干细胞或类器官。例如，使用来自不同种族背景的人诱导多能干细胞(hiPSCs)可以产生几乎任何类型的细胞。从这些干细胞中，可以很容易地构建各种同基因型细胞系，通过精确的基因组修饰，可以产生与疾病相关的关键遗传变异。疾病模型的快速精确构建技术极大的提高了候选化合物验证的效率，使潜在化合物得到更准确的评估。04
先导化合物发现和验证
通过对候选化合物的验证，将候选药物的范围从成千上百个缩窄到只有十几个甚至几个。留存下来的化合物将进行结构改造、效率优化和安全性评估。其内容包含表征吸收、分布、代谢和排泄(ADME)、化学稳定性分析以及毒性分析。通过CRISPR技术可以产生用于先导化合物有效性评估和安全性评估的细胞系模型和动物模型，这一技术的使用大大的加快先导药物验证进程。例如，通过CRISPR技术直接编辑受精卵，可以一步产生多种突变的小鼠模型，其效率远高于单点突变杂合子交配。此外，CRISPR技术还可以用于产生更广泛的动物模型。CRISPR技术在新药研发进程中的加速应用05
临床试验和FDA申报
经过效率优化和安全性评估之后，只剩下少数候选药物可以进入临床试验。只有被证明对人体安全有效的候选药物才能最终得到FDA的批准。从这个阶段收集到的信息通常会反馈回到临床前研究中。例如，在临床研究中发现某种化合物的耐药性，那么在后续的研究中将探索如何抵消药物耐药性。结语CRISPR技术在推进药理学研究方面具有巨大潜力，其影响跨越整个临床前药物发现的各个阶段。CRISPR技术使基因编辑更加容易和精确，药物作用靶点可以更快地被识别，疾病模型也可以更真实地被构建。此外，产业界和学术界的合作必将进一步拓展CRISPR技术在药物开发中的作用。制药公司也在投资CRISPR基础设施建设，以开发下一代药物。与此同时，CRISPR技术也被用于开发新的基因疗法和细胞疗法，直接在患者体内或通过体外方法调节基因表达。例如，用于靶向癌症的CAR-T细胞疗法。CRISPR技术不仅有望以更低的成本更快地开发新的治疗方法，而且还促进了个性化医疗的发展。不久，针对患者的个性化治疗将不再只是一个想法。Cas9X教授
