کریسپر و کاربرد آن به زبان ساده

با استفاده از کریسپر برای ویرایش ژن ها، هدف قرار دادن منبع بیماری های ژنتیکی تعریف شده و مهندسی نسل بعدی درمان های مبتنی بر سلول و ژن است. در ویرایش ژن ها به روش کریسپر، هدف ما توسعه داروهای متحول کننده و تغییر دهنده اطلاعات ژن ها است. برای بیماری‌هایی که از نظر ژنتیکی تعریف شده‌اند، می‌توانیم از یک RNA راهنما استفاده کنیم که Cas9 را هدایت می‌کند تا عامل بیماری و هرگونه نقص را از DNA برش داده یا جدا کند. همچنین میتواند به شکلی عمل کند که محل آسیب دیدگی ژن را در همان نقطه بهبود بخشد.اختلال یا اصلاح برای سلول درمانی، می‌توانیم ژن‌هایی را مورد هدف قرار دهیم که در صورت اختلال ممکن است ایمنی یا اثربخشی درمان را بهبود بخشند، یا دقیقاً ژن‌های جدیدی را وارد کنیم تا به سلول‌ها توانایی‌های جدیدی بدهیم. در هر صورت، ممکن است سلول‌ها را به صورت ex vivo (خارج از بدن) یا in vivo (داخل بدن) ویرایش کنیم.

در این بررسی، توسعه فناوری کریسپر را مورد بحث قرار می‌دهیم و انواع مختلف ابزارهای ویرایش ژن را که در سال‌های اخیر توسعه یافته‌اند، خلاصه می‌کنیم. سیستم‌های تحویل برای بکارگیری کریسپر در بدن نیز با تمرکز بر توسعه سیستم‌های جدید مناسب‌تر برای بیماری‌های مختلف خلاصه می‌شوند و در نهایت، این بررسی به مجموعه‌ای از مشکلاتی که ممکن است هنگام استفاده از فناوری کریسپر برای درمان بیماری‌ها و استراتژی‌های مربوطه به وجود بیاید، می‌پردازد. در نتیجه، این رویکرد پیامدهای مثبتی برای ارائه مؤثرترین روش‌های ژن درمانی برای بیماری‌های مختلف دارد.

ویرایش ژن کریسپر

فناوری ویرایش ژن کریسپر ویرایش ژن را در سلول های یوکاریوتی تسهیل می کند. محققان مکانیسم عمل Cas9 را مطالعه کرده و انواع Cas9 را با عملکردهای مختلف و برخی ابزارهای ویرایش ژن مشتق دیگر را از طریق اصلاحات ویژه به دست آورده اند و سایر پروتئین های Cas را در خانواده Cas9 کشف کرده اند که انواع ژن های قابل ویرایش با استفاده از کریسپر را غنی می کند. فن آوری. محققان برخی بردارها را برای کمک به حمل و نقل و تحویل ایمن سیستم کریسپر به بدن توسعه داده اند

ترکیب CRISPR/CAS9

sgRNA مسئول هدایت سیستم ویرایش ژن به سمت محل هدف است، در حالی که اصلاح رشته دی – ان – ای هدف توسط Cas9 انجام می شود. 

روش تحویل کریسپر

DNA پلاسمید یک ناقل ایده آل برای بارگذاری سیستم کریسپر است، زیرا به راحتی قابل تجزیه نیست. می تواند در مقادیر زیاد تقویت شود و به راحتی قابل تغییر است. پس از ورود به سلول، پلاسمید حامل CRISPR/Cas9 وارد هسته می شود. mRNA به راحتی تجزیه می شود و پایداری پایینی دارد. به طور خاص، ابزارهای ویرایش ژنی که Cas9 را به عملکرد هماهنگ با پروتئین‌های مؤثر می‌رسانند، به سختی اعمال می‌شوند، زیرا تعداد بازهای موجود در mRNA که Cas9 و پروتئین‌های عامل را کد می‌کنند بسیار زیاد است.

RNP های Cas9 که به عنوان ریبونوکلئوپروتئین (RNPs) شناخته می شوند، کمپلکس هایی هستند که از ترکیب Cas9 خالص شده با sgRNA در شرایط آزمایشگاهی تشکیل می شوند و RNP ها بلافاصله پس از ورود به سلول ها عمل می کنند. در حالی که پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک معمولاً با استفاده از الکتروپوریشن با کمک پپتیدهای نفوذ کننده به سلول تحویل داده می شوند. با نوآوری های مداوم در بردارهای تحویل، دانشمندان اگزوزوم ها را به عنوان یک رویکرد امیدوارکننده برای تحویل Cas9 RNP شناسایی کرده اند.

فناوری ویرایش ژنی تکرارهای کوتاه پالیندرومیک با فاصله منظم کریسپر پروتئین مرتبط با CRISPR 9 (Cas9) ابزار ایده‌آل آینده برای درمان بیماری‌ها با اصلاح دائمی جهش‌های پایه مضر یا مختل کردن ژن‌های بیماری‌زا با دقت و کارایی بالا است. انواع مختلف Cas9 و مشتقات کارآمد برای مقابله با تغییرات ژنومی پیچیده ای که در طول بیماری ها رخ می دهد توسعه یافته اند.

با این حال، استراتژی‌هایی برای تحویل مؤثر سیستم کریسپر به سلول‌های بیمار در داخل بدن در حال حاضر وجود ندارد، و ناقل‌های غیر ویروسی با عملکردهای شناسایی هدف ممکن است تمرکز تحقیقات آینده باشد. انتظار می رود تغییرات پاتولوژیک و فیزیولوژیکی ناشی از شروع بیماری به عنوان عوامل شناسایی برای تحویل هدفمند یا اهداف برای ویرایش ژن عمل کنند.

بیماری‌ها هم متنوع و هم پیچیده هستند و انتخاب روش‌های ویرایش ژن مناسب و ناقل‌های انتقال برای بیماری‌های مختلف مهم است. در همین حال، هنوز چالش‌های بالقوه بسیاری در هنگام هدف قرار دادن تحویل فناوری CRISPR/Cas9 برای درمان بیماری شناسایی می‌شوند. این مقاله پیشرفت‌های فعلی را در سه جنبه، یعنی نوع ویرایش ژن، ناقل تحویل و ویژگی‌های بیماری مرور می‌کند. علاوه بر این، این مقاله نمونه‌های موفق آزمایش‌های بالینی را خلاصه می‌کند و در نهایت مشکلات احتمالی مرتبط با کاربردهای فعلی کریسپر را توصیف می‌کند

ویرایش ژن یک فناوری است که دقیقاً توالی ژنوم را تغییر می دهد تا درج، حذف یا جایگزینی پایه در ژنوم ایجاد شود. بسیاری از بیماری ها با تغییراتی در بیان ژن در داخل بدن همراه هستند، به ویژه برخی بیماری های ژنتیکی ناشی از جهش در یک ژن منفرد. انتظار می‌رود که فناوری ویرایش ژن، بروز بیماری‌ها را در سطح ژنتیکی کنترل کند. تا به امروز، فناوری ویرایش ژن سه نسل اصلی توسعه را پشت سر گذاشته است: اولین نسل از فناوری ویرایش ژن، هسته‌های انگشت روی بود. نسل دوم نوکلئازهای موثر فعال کننده رونویسی (TALEN) بود. و پرکاربردترین فناوری ویرایش ژنی نسل سوم، تکرارهای کوتاه پالیندرومیک کریسپر پروتئین مرتبط با CAs9 است. به یک مکان مشخص در ژنوم با تغییر توالی پایه یک بخش کوچک از RNA راهنما، بنابراین کارایی ویرایش ژن را بهبود می بخشد و کاربرد فناوری ویرایش ژن را گسترش می دهد.

کریسپر یک ابزار ویرایش ژن بسیار موثر است که به طور گسترده در جامعه علمی استفاده می شود. سیستم CRISPR/Cas9 به طور طبیعی در باکتری ها و باستانی ها به عنوان مکانیزم دفاعی در برابر عفونت فاژ و انتقال پلاسمید تکامل یافته است. بخشی از توالی DNA خود را برای وارد کردن به منطقه CRISPR spacer هنگامی که برای اولین بار توسط یک فاژ یا پلاسمید اگزوژن نفوذ می کند. اگر دوباره با DNA همولوگ آلوده شود، باکتری رونویسی ناحیه کریسپر را آغاز می کند. پس از یک سری فرآیندهای پردازش و بلوغ برای تولید یک RNA راهنمای منفرد، Cas9 را هدایت می کند تا رشته DNA را برش دهد که ناحیه فاصله دهنده همولوگ را مختل می کند. فرآیند شناسایی sgRNA نیازمند دخالت نقوش مجاور پروتوسپیسر (PAMs)، یک توالی کوتاه غنی شده با گوانین است. تسهیل استفاده از فناوری کریسپر در زمینه های علوم گیاهی و جانوری، همراه با زیست پزشکی. با تغییر توالی نوکلئوتیدی بخش کوچکی از RNA راهنما، CRISPR/Cas9 امکان هدف گیری دقیق تقریباً هر منبع ژنومی مورد نظر به منظور اصلاح جهش های ایجاد کننده بیماری یا خاموش کردن ژن های مرتبط با شروع بیماری. کاربردهای امیدوارکننده این فناوری شامل درمان سرطان ها، بیماری های قلبی عروقی، کم خونی سلول داسی شکل و بیماری های عصبی است.

هر بیماری ویژگی‌های متفاوتی دارد و هدف ما ایجاد یک وسیله حمل و نقل جهانی نیست، بلکه توسعه چندین وسیله نقلیه قابل استفاده برای انواع مختلف بیماری‌ها است. بنابراین، مطالعه پاتوژنز بیماری‌ها و ویژگی‌های پاتولوژیک سلول‌ها و بافت‌های بیماری و ساختن نانوذرات حساس به محیط و شناسایی لیگاند بر اساس این ویژگی‌ها، داروهای هدف‌دار ژن را در بافت‌های بیمار غنی‌تر می‌کند. سلول‌های ایمنی یا اندام‌های بیمار می‌توانند به طور موثری از پاکسازی ایمنی جلوگیری کنند و پروتئین‌های غشایی فراوان روی سطح، داروهای هدف‌گیری ژن را به سلول‌های بیمار تحویل می‌دهند

مزیت استفاده از کریسپر

در مطالعات قبلی، ناقل های ویروسی معمولاً برای انتقال داروهای ژنی استفاده شده است. AAV یکی از متداول‌ترین ناقل‌های ویروسی است که برای زایمان استفاده می‌شود، زیرا به راحتی از سد گونه‌ها برای آلوده کردن سلول‌ها عبور می‌کند و ایمنی‌زایی بسیار پایینی دارد، که باعث می‌شود احتمال ایجاد پاسخ التهابی کمتر شود. با این حال، سیستم ویرایش ژن CRISPR/Cas9 در مقایسه با داروهای ژنی معمولی بسیار بزرگ است و از حداکثر ظرفیت بسته‌بندی ناقل‌های AAV به میزان 7/4 کیلوبایت فراتر می‌رود.به‌ویژه، وقتی Cas9 پروتئین‌های عامل را حمل می‌کند، تغییرات خاصی برای بارگذاری در وکتورهای AAV لازم است، مانند استفاده از SaCas9 کوچک‌تر یا تقسیم کردن سیستم تحویل به دو بردار.

کاربردهای اصلی و اساسی کریسپر

در مرحله بعد، ما تغییر ریزمحیط بیماری یا ویژگی‌های برجسته سلول‌های بیمار را در شروع برخی بیماری‌ها از منظر بیماری تحلیل کردیم. ابزارهای ویرایش ژن کریسپر چشم انداز امیدبخشی را در زمینه درمان بیماری های زیر به ما ارائه کرده است:

• سرطان
• بیماری ها و اختلالات کبد
• بیماری های قلبی