استراتژی‌های پیشرفته مبتنی بر کریسپر برای تشخیص و درمان سرطان

فناوری کریسپر (CRISPR – توالی‌های پالیندرومیک کوتاه و منظم فاصله‌دار خوشه‌ای) انقلابی در زمینه زیست‌شناسی مولکولی ایجاد کرده و دقت بی‌سابقه‌ای را در ویرایش ژنوم ارائه می‌دهد. کریسپر که در ابتدا به عنوان بخشی از سیستم ایمنی باکتریایی کشف شد، به ابزاری قدرتمند برای تشخیص و درمان سرطان تبدیل شده است. این گزارش به بررسی پتانسیل تحول‌آفرین سیستم‌های مبتنی بر کریسپر، از جمله Cas9، Cas12 و Cas13 در انکولوژی (سرطان‌شناسی) می‌پردازد و کاربردها، چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده آن‌ها را برجسته می‌کند.

خانواده کریسپر و تکامل آن

توالی‌های کریسپر که اولین بار در باکتری‌ها شناسایی شدند، به عنوان یک سیستم ایمنی تطبیقی عمل می‌کنند و با جذب قطعات DNA ویروسی، در برابر عفونت‌های آینده دفاع می‌کنند. سیستم کریسپر-کاس (CRISPR-Cas) در سه مرحله عمل می‌کند:

سازگاری: DNA ویروسی در آرایه کریسپر ادغام می‌شود.

بیان: آرایه به RNAهای کریسپر (crRNA) رونویسی می‌شود.

تداخل: crRNAها پروتئین‌های Cas را برای برش DNA ویروسی مکمل هدایت می‌کنند.

سیستم‌های کریسپر به دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند:

دسته اول (Class I): کمپلکس‌های چند پروتئینی (مانند Cas3، Cas10).

دسته دوم (Class 2): عوامل تک پروتئینی (مانند Cas9، Cas12، Cas13).

پیشرفت بزرگ در سال ۲۰۱۲ رخ داد، زمانی که محققان پروتئین Cas9 را برای هدف قرار دادن توالی‌های DNA خاص با استفاده از یک RNA راهنمای منفرد (sgRNA) مهندسی کردند و راه را برای ویرایش دقیق ژنوم هموار کردند.

کریسپر-Cas9 در درمان و تشخیص سرطان

کاربردها در درمان سرطان

ویرایش و ترمیم ژن:

خاموش کردن انکوژن‌ها: کریسپر-Cas9 می‌تواند انکوژن‌هایی مانند KRAS، MYC و EGFR را غیرفعال کرده و رشد تومور را مهار کند.

بازیابی ژن‌های سرکوب‌کننده تومور: جهش در ژن‌هایی مانند TP53 و BRCA1 را می‌توان برای توقف پیشرفت سرطان ترمیم کرد.

ویرایش اپی‌ژنوم: با ترکیب Cas9 غیرفعال کاتالیزوری (dCas9) با اصلاح‌کننده‌های اپی‌ژنتیک، می‌توان بیان ژن را بدون تغییر توالی DNA تنظیم کرد.

تقویت ایمونوتراپی:

مهندسی سلول‌های CAR-T: کریسپر سلول‌های T را ویرایش می‌کند تا گیرنده‌های آنتی‌ژن کایمریک (CARs) را بیان کنند و توانایی آن‌ها را در هدف قرار دادن سلول‌های سرطانی بهبود بخشد.

مهار نقاط بازرسی ایمنی: حذف ژن‌هایی مانند PD-1 فعالیت سلول‌های T را علیه تومورها افزایش می‌دهد.

غلبه بر مقاومت دارویی:

غربالگری‌های کریسپر ژن‌های درگیر در مقاومت (مانند ABCB1 در مقاومت به دوکسوروبیسین) را شناسایی می‌کنند.

ویرایش این ژن‌ها، سلول‌های سرطانی را نسبت به درمان‌ها حساس می‌کند.

کاربردها در تشخیص سرطان

بیوپسی مایع: کریسپر DNA تومور در گردش (ctDNA) را برای تشخیص زودهنگام سرطان شناسایی می‌کند.

حسگرهای زیستی (بیوسنسورها): ادغام با کریسپر، تشخیص سریع و حساس جهش‌های سرطانی (مانند KRAS، TP53) را امکان‌پذیر می‌سازد.

چالش‌ها

روش‌های تحویل: حامل‌های ویروسی و غیرویروسی باید از نظر اختصاصیت و ایمنی بهبود یابند.

اثرات خارج از هدف (Off-Target Effects): انواع Cas9 با دقت بالا و طراحی sgRNA با کمک هوش مصنوعی، ویرایش‌های ناخواسته را به حداقل می‌رسانند.

پاسخ ایمنی: پروتئین‌های Cas9 انسانی‌شده ایمنی‌زایی (ایمنی‌زایی: توانایی یک ماده برای تحریک پاسخ ایمنی) را کاهش می‌دهند.

کریسپر-Cas12 و Cas13: گسترش مجموعه ابزار

کریسپر-Cas12

ویژگی‌ها: DNA را هدف قرار می‌دهد، برش‌های نامتقارن ایجاد می‌کند و فعالیت برش جانبی (collateral cleavage) را برای تشخیص نشان می‌دهد.

کاربردها:

ویرایش ژن: هدف‌گیری چندگانه ژن‌های سرطانی (مانند EGFR).

تشخیص: پلتفرم DETECTR جهش‌های سرطانی و DNA ویروسی را با حساسیت بالا تشخیص می‌دهد.

کریسپر-Cas13

ویژگی‌ها: RNA را هدف قرار می‌دهد و امکان تنظیم موقت ژن را بدون تغییر DNA فراهم می‌کند.

کاربردها:

تخریب انکوژن‌ها (Oncogene Knockdown): mRNA انکوژن‌هایی مانند KRAS و TERT را تجزیه می‌کند.

تشخیص: پلتفرم SHERLOCK RNAهای مرتبط با سرطان را در بیوپسی‌های مایع تشخیص می‌دهد.

کاربردهای ترکیبی

Cas12 و Cas13 را می‌توان با هم برای ویرایش همزمان DNA و RNA استفاده کرد که تشخیص و درمان جامع سرطان را ارائه می‌دهد.

پلتفرم‌های تشخیصی DETECTR و :SHERLOCK

DETECTR

مکانیزم: از Cas12 برای برش گزارش‌گرهای ssDNA (DNA تک رشته‌ای) پس از اتصال به DNA هدف استفاده می‌کند.

مزایا: سریع، مقرون‌به‌صرفه و بسیار حساس برای تشخیص جهش‌های سرطانی (مانند HPV، KRAS).

SHERLOCK

مکانیزم: از Cas13 برای برش گزارش‌گرهای RNA استفاده می‌کند.

مزایا: چندین هدف RNA را به طور همزمان تشخیص می‌دهد، ایده‌آل برای غربالگری زودهنگام سرطان.

آزمایشات بالینی و مسیرهای آینده

آزمایشات فعلی

کریسپر-Cas9: بیش از ۲۰ کارآزمایی بالینی بر روی درمان سلول‌های CAR-T و مهار نقاط بازرسی ایمنی تمرکز دارند.

کریسپر-Cas12/Cas13: محدود به کاربردهای غیرسرطانی (مانند بیماری سلول داسی‌شکل) است، اما کارآزمایی‌های انکولوژی پیش‌بینی می‌شود.

چالش‌های باقی‌مانده

تحویل: هدف‌گیری کارآمد سرطان‌های متاستاتیک (سرطان‌هایی که به نقاط دیگر بدن گسترش یافته‌اند) همچنان یک مانع است.

ایمنی بلندمدت: اثرات ویرایش‌های کریسپر نیاز به مطالعه بیشتر دارد.

چارچوب‌های اخلاقی و نظارتی: دستورالعمل‌هایی برای ویرایش سلول‌های زایا (germline editing) و دسترسی عادلانه مورد نیاز است.

نتیجه‌گیری

فناوری کریسپر نوید بزرگی را برای ایجاد انقلابی در تشخیص و درمان سرطان می‌دهد. از ویرایش دقیق ژن تا پلتفرم‌های تشخیصی پیشرفته مانند DETECTR و SHERLOCK، سیستم‌های مبتنی بر کریسپر راه را برای پزشکی شخصی‌سازی شده هموار می‌کنند. در حالی که چالش‌هایی باقی مانده است، تحقیقات و آزمایشات بالینی در حال انجام، انتظار می‌رود امکانات درمانی جدیدی را باز کند و کریسپر را به سنگ بنای انکولوژی آینده تبدیل کند.

منبع :

State of the art CRISPR-based strategies for cancer diagnostics and treatment