本書從基礎理論到前沿技術，全面闡述了醫(yī)學合成生物學的發(fā)展脈絡與應用前景。第1章概述了醫(yī)學合成生物學的興起、應用領域及面臨挑戰(zhàn)，為讀者奠定理論基礎。第2章深入探討了人工生物元件的設計與優(yōu)化，涵蓋蛋白質(zhì)、核酸等元件的理性與智能設計方法。第3章聚焦基因編輯技術，詳細介紹了DNA、RNA編輯器及引導編輯器的原理與應用。第4章系統(tǒng)闡述了人工基因線路的構建原則與經(jīng)典案例，并探討了計算機輔助設計策略。第5章重點介紹了細胞工程，包括免疫細胞、干細胞和細菌工程的應用。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及醫(yī)學應用。最后一章展望了合成生物技術在藥物開發(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)大學取得本科和碩士學位，2006年獲美國內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校生物學博士，分別于2006年至2010年在哈佛大學系統(tǒng)生物學中心、2010年至2011年在麻省理工學院生物工程系計算機與人工智能實驗室從事博士后研究。2021年起，清華大學合成與系統(tǒng)生物學中心，北京信息科學與技術國家研究中心，生物信息學研究部， 研究員合成生物學1. 環(huán)狀RNA的可編程翻譯調(diào)控技術
謝震課題組開發(fā)了一種核糖體內(nèi)部進入位點（IRES）的工程改造技術（PROMITAR），實現(xiàn)了僅用單個環(huán)狀RNA分子即可感應多種細胞內(nèi)源微小RNA（miRNA）信號，控制IRES元件在特定細胞中的翻譯活性�；谠撈脚_，研究人員成功構建了具有邏輯門運算能力和細胞分類功能的環(huán)狀RNA，并在目標肝癌細胞中實現(xiàn)了選擇性誘導細胞焦亡。這一研究不僅拓展了RNA翻譯控制的合成生物學工具箱，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獲得中國國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）一期臨床試驗許可，用于治療包括中晚期肝癌在內(nèi)的甲胎蛋白（AFP）陽性實體瘤。該藥物采用合成生物學思想設計，利用人工基因線路識別腫瘤細胞內(nèi)多個生物標志物，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，提高了腫瘤殺傷能力和臨床應用安全性。
3. 其他重要研究成果
多輸入RNAi邏輯電路：謝震團隊開發(fā)了基于RNA干擾的多輸入邏輯電路，用于識別特定癌細胞。
CRISPR轉(zhuǎn)錄抑制裝置：開發(fā)了在哺乳動物細胞中實現(xiàn)基因表達調(diào)第五屆農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全委員會委員。Quantitative Biology雜志，主編助理
中國醫(yī)藥生物技術協(xié)會合成生物技術分會主任委員
中國人工智能學會生物信息學與人工生命專業(yè)委員會委員
中國生物工程學會合成生物學專業(yè)委員會委員
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(chǎn) 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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(xié)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(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 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(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(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 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(tǒng) 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(tǒng) 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(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(chǎn)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
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