سیستمCRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas  به عنوان ابزاری دقیق برای ویرایش ژنومی (genome editing) شناخته می‌شود. معرفی این فناوری در سال ۲۰۱۲ باعث انقلابی در بیوتکنولوژی شد و جایگزینی سریع‌تر، دقیق‌تر و ارزان‌تر برای نسل‌های پیشین مانند ZFN (Zinc Finger Nucleases) و TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases)  به‌شمار می‌آید.

در این سیستم، به کمکRNA راهنما  (single-guide RNA; sgRNA)، آنزیم Cas9 (CRISPR-associated protein 9)  به محل موردنظر DNA هدایت می‌شود و با ایجاد شکست‌های دو رشته‌ای (Double-Strand Breaks; DSBs)، امکان ویرایش ژنی به‌وسیله‌ی دو مسیر ترمیمی NHEJ (Non-Homologous End Joining)  یا HDR (Homology-Directed Repair) فراهم می‌شود. همچنین ویرایش‌های نقطه‌ای توسط ابزارهای نوین‌تر مانند BE (Base Editor)  و PE (Prime Editor)، امکان تصحیح دقیق جهش‌ها بدون شکست DNA را فراهم کرده‌اند.

نمودار شماتیک ابزارهای برش DNA/RNA

الف. . Cas9 آنزیم Cas9 رشته‌های دوگانه DNA را می‌برد و انتهای صاف (blunt ends) ایجاد می‌کند.

ب. . Cas9 nickase (Cas9n) نسخه‌ی Cas9n فقط یکی از دو رشته DNA را برش می‌دهد (ایجاد شکاف تک‌رشته‌ای یا “nick”).

پ. . Cas12a آنزیم Cas12a نیز رشته‌های دوگانه DNA را می‌برد، اما بر خلاف Cas9، انتهای چسبنده (sticky ends) تولید می‌کند.

ت. . Cas13a برخلاف آنزیم‌های دیگر، Cas13a به جای DNA، رشته‌های RNA (معمولاً با طول ۲۸ تا ۳۰ نوکلئوتید) را شناسایی و برش می‌دهد.

حوزه‌های درمانی CRISPR

۱. بیماری‌های ارثی و خونی

• بیماری داسی‌شکل (Sickle Cell Disease; SCD) و بتا–تالاسمی  (β-thalassemia) داروی Casgevy (Exagamglogene autotemcel; Exa-cel)، یک درمان سلولی مبتنی بر CRISPR-Cas9، در نوامبر ۲۰۲۳ در انگلستان تأیید شد و تا سال ۲۰۲۵ عملکرد موفقیت‌آمیزی در کاهش درد و وابستگی به تزریق خون در بیماران نشان داده است.
• اختلالات ژنتیکی خونی دیگر مانند  SCID (Severe Combined Immunodeficiency)
  استفاده ex vivo از سلول‌های بنیادی خون‌ساز  (Hematopoietic Stem and Progenitor Cells; HSPCs)، راهی امیدبخش برای تصحیح پایدار ژن‌ها بدون نیاز به پیوند مغز استخوان است.

۲. بیماری‌های نادر

• LCA10 (Leber Congenital Amaurosis type 10): در کارآزمایی بالینی  BRILLIANCE، استفاده از EDIT-101 برای ویرایش ژن CEP290 (Centrosomal Protein 290)  باعث بهبود بینایی در اکثر بیماران شد.
• PKU (Phenylketonuria): درمان حیوانی با وکتورهای AAV (Adeno-Associated Virus) حامل CRISPR موفق به تصحیح ژن PAH (Phenylalanine Hydroxylase) شده است.

۳. سرطان

درمان‌های نوین شامل مهندسی سلول‌های ایمنی مانند سلول‌های T (T lymphocytes) با حذف ژن‌های مهارکننده مانند PD-1 (Programmed Death-1)  یا هدف قرار دادن آنکوژن‌هایی مانند MYC (Myelocytomatosis viral oncogene)  هستند. برخی مطالعات از ترکیب CRISPR و CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T cells)  نیز استفاده کرده‌اند.

وضعیت بالینی فعلی

• بیش از ۲۵۰ کارآزمایی بالینی در حال اجرا هستند که شامل درمان بیماری‌های ژنتیکی، قلبی-متابولیک، سرطان و بیماری‌های عفونی مانند HIV (Human Immunodeficiency Virus)  است.
• رسانش سیستم‌های ویرایشی از طریق وکتورهایی مانند AAV و Lentivirus (LV)  یا روش‌های غیر ویروسی مانند LNP (Lipid Nanoparticles)  و ND (Nanodiamonds) در حال توسعه هستند.

چالش‌ها

• Off-target effects  (تأثیرات ناخواسته خارج از ناحیه هدف) یکی از نگرانی‌های اصلی است که با طراحی RNA راهنمای دقیق‌تر و استفاده از ویرایشگرهای جدید کاهش یافته است.
• مسائل ایمنی ایمنی‌شناختی  (Immunogenicity)، مانند پاسخ ایمنی به Cas9 یا وکتورها، باید کنترل شوند.
• چالش‌های اخلاقی و حقوقی، به‌ویژه دربارهٔ ویرایش ژن‌های نسل‌به‌نسل (germline editing)، همچنان محل بحث‌اند.

نتیجه‌گیری

فناوری CRISPR از مرحله تحقیقاتی به فاز درمانی رسیده و با موفقیت‌هایی مانند Casgevy در درمان SCD، نشان داده که آینده‌ی درمان بیماری‌های ژنتیکی روشن است. اما برای گسترش ایمن و اثربخش آن، چالش‌هایی مانند رسانش دقیق، ایمنی، و استانداردهای اخلاقی باید برطرف شوند.