本書從基礎(chǔ)理論到前沿技術(shù)，全面闡述了醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)與應(yīng)用前景。第1章概述了醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)的興起、應(yīng)用領(lǐng)域及面臨挑戰(zhàn)，為讀者奠定理論基礎(chǔ)。第2章深入探討了人工生物元件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，涵蓋蛋白質(zhì)、核酸等元件的理性與智能設(shè)計(jì)方法。第3章聚焦基因編輯技術(shù)，詳細(xì)介紹了DNA、RNA編輯器及引導(dǎo)編輯器的原理與應(yīng)用。第4章系統(tǒng)闡述了人工基因線路的構(gòu)建原則與經(jīng)典案例，并探討了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)策略。第5章重點(diǎn)介紹了細(xì)胞工程，包括免疫細(xì)胞、干細(xì)胞和細(xì)菌工程的應(yīng)用。第6章分析了人工生物分子的遞送系統(tǒng)，比較了病毒與非病毒載體的特點(diǎn)及醫(yī)學(xué)應(yīng)用。最后一章展望了合成生物技術(shù)在藥物開發(fā)中的前景與挑戰(zhàn)，為未來研究指明方向。
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1998年、2001年于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)取得本科和碩士學(xué)位，2006年獲美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校生物學(xué)博士，分別于2006年至2010年在哈佛大學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)中心、2010年至2011年在麻省理工學(xué)院生物工程系計(jì)算機(jī)與人工智能實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究。2021年起，清華大學(xué)合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心，北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心，生物信息學(xué)研究部， 研究員合成生物學(xué)1. 環(huán)狀RNA的可編程翻譯調(diào)控技術(shù)
謝震課題組開發(fā)了一種核糖體內(nèi)部進(jìn)入位點(diǎn)（IRES）的工程改造技術(shù)（PROMITAR），實(shí)現(xiàn)了僅用單個(gè)環(huán)狀RNA分子即可感應(yīng)多種細(xì)胞內(nèi)源微小RNA（miRNA）信號(hào)，控制IRES元件在特定細(xì)胞中的翻譯活性�；谠撈脚_(tái)，研究人員成功構(gòu)建了具有邏輯門運(yùn)算能力和細(xì)胞分類功能的環(huán)狀RNA，并在目標(biāo)肝癌細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了選擇性誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。這一研究不僅拓展了RNA翻譯控制的合成生物學(xué)工具箱，還為RNA藥物開發(fā)提供了新的思路。
2. 基因治療創(chuàng)新藥物SynOV1.1
謝震課題組與北京合生基因科技有限公司共同研發(fā)的基因治療產(chǎn)品SynOV1.1獲得中國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）一期臨床試驗(yàn)許可，用于治療包括中晚期肝癌在內(nèi)的甲胎蛋白（AFP）陽(yáng)性實(shí)體瘤。該藥物采用合成生物學(xué)思想設(shè)計(jì)，利用人工基因線路識(shí)別腫瘤細(xì)胞內(nèi)多個(gè)生物標(biāo)志物，調(diào)控其靶向腫瘤特異性，分泌免疫因子刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)，提高了腫瘤殺傷能力和臨床應(yīng)用安全性。
3. 其他重要研究成果
多輸入RNAi邏輯電路：謝震團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于RNA干擾的多輸入邏輯電路，用于識(shí)別特定癌細(xì)胞。
CRISPR轉(zhuǎn)錄抑制裝置：開發(fā)了在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)調(diào)第五屆農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全委員會(huì)委員。Quantitative Biology雜志，主編助理
中國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會(huì)合成生物技術(shù)分會(huì)主任委員
中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)生物信息學(xué)與人工生命專業(yè)委員會(huì)委員
中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)合成生物學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員
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(xiàn) 14
第2章 人工生物元件的設(shè)計(jì)優(yōu)化 17
2.1 生物元件簡(jiǎn)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(jì) 34
2.2.1 蛋白質(zhì)元件理性設(shè)計(jì) 34
2.2.2 核酸元件的理性設(shè)計(jì) 38
2.3 生物元件的智能設(shè)計(jì) 43
2.3.1 蛋白質(zhì)元件的智能設(shè)計(jì) 43
2.3.2 RNA元件的智能設(shè)計(jì) 48
2.3.3 DNA元件的智能設(shè)計(jì) 53
2.4 生物元件設(shè)計(jì)優(yōu)化的發(fā)展趨勢(shì) 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(jì)與精準(zhǔn)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(xiàn) 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(diǎn) 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(dòng)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(xiàn) 85
第4章 人工基因線路 86
4.1 基因線路的實(shí)現(xiàn)機(jī)制 87
4.1.1 基于啟動(dòng)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 經(jīng)典的基因線路 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(jí)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(cuò)和放大 107
4.3.8 計(jì)數(shù)器線路 107
4.4 計(jì)算機(jī)輔助的基因線路構(gòu)建策略 109
4.4.1 計(jì)算機(jī)輔助的基因線路設(shè)計(jì)策略 109
4.4.2 常微分仿真輔助基因線路設(shè)計(jì)的案例 112
4.4.3 計(jì)算機(jī)輔助的基因線路設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì) 116
參考文獻(xiàn) 118
第5章 細(xì)胞工程 121
5.1 免疫細(xì)胞工程 121
5.1.1 T細(xì)胞工程 121
5.1.2 B細(xì)胞工程 132
5.1.3 工程化巨噬細(xì)胞 133
5.1.4 工程化NK細(xì)胞 134
5.2 干細(xì)胞來源的細(xì)胞工程 136
5.2.1 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的免疫細(xì)胞 136
5.2.2 基于干細(xì)胞工程化改造的紅細(xì)胞療法 139
5.2.3 誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化為胰島β細(xì)胞 141
5.3 細(xì)菌工程 143
5.3.1 工程細(xì)菌用于疾病診斷和監(jiān)測(cè) 143
5.3.2 工程細(xì)菌用于腫瘤治療 144
5.3.3 細(xì)菌作為治療藥物遞送系統(tǒng) 146
5.4 小結(jié) 147
參考文獻(xiàn) 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(chǎng)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(xiàn) 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(xì)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(xiàn) 241
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