اهداف دستیابی به موفقیت آزماتراشه آی. بی. ام برای کمک به پزشک‌ها برای آشکار کردن سرطان

موفقیت آزماتراشه آی. بی. ام
دانشمندان آی. بی. ام یک آزماتراشه جدید ساخته‎اند که برای اولین بار، می‎تواند ذرات زیستی را در مقیاس نانو جدا کند و پزشک‎ها را قادر ساخته تا بیماری‎هایی مانند سرطان را قبل از بروز علائم تشخیص دهند.

 

همان‎طور که مجله نانوفناوری طبیعت گزارش کرده است، نتایج گروه آی. بی. ام جداسازی ذرات زیستی بر اساس اندازه، تا قطری به کوچکی ۲۰ نانومتر را نشان می‎دهد؛ مقیاسی که دسترسی به ذرات مهمی مانند دی. ان. ای، ویروس‌ها و اگزوسم‌ها را در اختیار می‌گذارد. وقتی جداسازی انجام شد، این ذرات می‌توانند به‌صورت بالقوه توسط پزشک‎ها تحلیل شوند تا نشانه‌های بیماری حتی قبل از اینکه بیمار هیچ علائم فیزیکی احساس کند و زمانی ‌که درمان بهترین نتیجه را دارد، آشکار شوند. تاکنون کوچک‌ترین ذرات زیستی که می‎توانستند بر اساس اندازه با فناوری تراشه جدا شوند، حدود ۵۰ برابر یا بیشتر، بزرگ‎تر از این بوده‌اند؛ مثل جداسازی سلول‎های تومور چرخان از سایر اجزای زیستی.

آی. بی. ام در حال همکاری با یک تیم از دانشکده ایکان پزشکی کوه سینا برای ادامه توسعه فناوری آزماتراشه است و قصد دارد آن را بر سرطان پروستات، شایع‌ترین سرطان در مردان در ایالات متحده، امتحان کند.

در عصر پزشکی بسیار دقیق، اگزوسم‌ها به‎طور فزاینده، به‌عنوان نشانه‎های زیستی مفید برای تشخیص و پیش‌آگاهی تومورهای بدخیم، مورد توجه قرار گرفته‌اند. اگزوسم‌ها در سیالات در دسترس بدن مانند خون، بزاق یا ادرار به‌راحتی رها می‌شوند. آنها نماینده یک ابزار باارزش پزشکی هستند؛ چراکه می‎توانند در زمینه نمونه‎برداری مایع با تهاجم کمتر استفاده شوند تا منشأ و طبیعت سرطان را آشکار کنند.

همان‎طور که فناوری‎های موجود با چالش‌هایی برای جداسازی و خالص‎سازی اگزوسم‌ها در نمونه‌برداری مایع روبه‎رو هستند، گروه آی. بی. ام با وسیله‎شان اگزوسم‌ها را مورد هدف قرار داده‎اند. گستره اندازه اگزوسم‌ها از ۲۰ تا۱۴۰ نانومتر و دربردارنده اطلاعاتی درباره سلامتی سلول منشایی هستند که از آن می‌ریزند. تعیین اندازه، پروتئین‎های سطح و محموله نوکلئیک‌اسید به‌وسیله اگزوسم‌ها می‌تواند اطلاعات ضروری درباره حضور و چگونگی پیشرفت سرطان و دیگر امراض بدهد.

نتایج آی. بی. ام نشان می‌دهد که آنها می‌توانند ذراتی به‌کوچکی ۲۰ نانومتر را از ذرات کوچک‌تر جدا و نمایان کنند. اگزوسم‌ها با اندازه ۱۰۰ نانومتر و بزرگ‌تر می‌توانند از اگزوسم‌های کوچک‌تر جدا شوند و این جداسازی می‌تواند با وجود پخش، یک نشانه دینامیک ذره در این مقیاس‌های کوچک، انجام ‌شود. گروه با کوه سینا طرح‌ریزی کرده است تا تایید کند که وسیله‌شان قادر به گزینش اگزوسم‌ها با نشانه‎های زیستی مخصوص سرطان از نمونه‌برداری مایع بیمار است.

گاستاوو استولوویتزکی، مدیر برنامه‌های ترجمه سیستم‌های زیست‌شناسی و بیوتکنولوژی در تحقیقات آی. بی. ام، اذعان داشته است: «توانایی مرتب و غنی کردن نشانه‌های زیستی در مقیاس نانو در فناوری‌های بر اساس نانو در را برای فهم بیماری‌هایی مانند سرطان و همچنین ویروس‌هایی مانند آنفلوآنزا و زیکا باز می‌کند. آزماتراشه ما می‌تواند نمونه غیرتهاجمی و مقرون‌به‌صرفه‌ای را ارائه دهد که به‌طور بالقوه بیماری را حتی در مراحل اولیه بسیار قبل‌تر از آشکار شدن علائم فیزیکی کشف و نظارت کند. این زمان اضافی به پزشک‌ها اجازه می‌دهد تا زمانی‌ که پیش‌بینی اختیارات درمان بهترین پیامد را دارد، تصمیمات آگاهانه‌تری اتخاذ کنند.»

با توانایی مرتب کردن ذرات زیستی در مقیاس نانو، دانشگاه کوه سینا امیدوار است که فناوری آی. بی. ام بتواند روش نوینی برای استراق سمع پیام‌های حمل شده توسط اگزوسم‌ها برای ارتباط بین سلولی تامین کند. این می‌تواند سوال‌های مهمی درباره بیولوژی بیماری‌ها را توضیح دهد و نیز راه را برای ابزار غیرتهاجمی و سرانجام ابزار تشخیص آنی مقرون‌به‌صرفه هموار کند. نظارت بر این مکالمه بین‌سلولی به‌صورت منظم‌تر می‌توانست به متخصصان پزشکی اجازه دهد که یک حالت فردی سلامتی یا پیشرفت یک بیماری را دنبال کنند.

دکتر کارلوس کوردون ـ کاردو، پروفسور و شیمیدان دپارتمان پاتولوژی سیستم سلامت کوه سینا بیان کرد: «هنگامی که ما جلوتر از بیماری باشیم، معمولا می‌توانیم آن را به‌خوبی نشانه‌یابی کنیم؛ اما اگر بیماری از ما جلوتر باشد، حرکت ما معمولا خیلی سخت‌تر است. یکی از توسعه‌های مهمی که ما در این همکاری برای آن تلاش می‌کنیم، داشتن زمینه‌های اساسی برای شناسایی اثرات اگزوسم است که می‌تواند خیلی زودتر از اینکه علائم بیماری ظاهر شوند یا قبل از اینکه بیماری بدتر شود، وجود داشته باشند. با آوردن با هم دامنه مهارت کوه سینا در سرطان و پاتولوژی، با تجربه سیستم‌های بایولوژی آی. بی. ام و جدیدترین فناوری جداسازی در مقیاس نانو، امید است که علائم زیستی خاص و حساس در اگزوسم‌ها جست‌وجو شود که یک مرز جدیدی را برای سرنخ‌های ارائه‌شده نشان می‌دهد که ممکن است پاسخ به این سوال که آیا یک شخص سرطان دارد یا نه و چگونه آن را معالجه کرد، پاسخ دهد.»

مرتب کردن ذرات زیستی در مقیاس نانو

دانشمندان آی. بی. ام یک فناوری آزماتراشه جدید ایجاد کرده‌اند که می‌تواند برای اولین بار ذرات بایولوژیکی در مقیاس نانو را جدا کند و پزشک‌ها می‌توانند امراضی مانند سرطان را قبل از اینکه علائم بیماری ظاهر شوند، نمایان کنند.

فناوری‌های آزماتراشه یک ابزار تشخیصی به‌طور باورنکردنی مفید برای پزشک‌ها شده‌اند؛ چنان‌که آنان می‌توانند به‌طرز قابل توجهی سریع‌تر، قابل حمل، با استفاده آسان و با نیاز به حجم نمونه کمتر باشند تا به نمایان کردن بیماری‌ها کمک کنند. هدف این است که همه فرآیندهای لازم برای تجزیه‌و‌تحلیل یک بیماری را که به‌طور‌ معمول در یک آزمایشگاه بیوشیمی در مقیاس کامل انجام می‌شود، تنها به یک تراشه سیلیکونی کاهش دهیم.

با استفاده از فناوری به نام جابه‌جایی عرضی قطعی نانومقیاس یا نانو ـ دی. ال. دی، دانشمندان آی. بی. ام، دکتر جوشا اسمیت و دکتر بنجامین وانچ یک فناوری آزماتراشه را ایجاد کردند که اجازه عبور یک نمونه مایع را در جریان پیوسته از درون یک تراشه سیلیکونی شامل یک آرایه ستونی نامتقارن می‌دهد. این آرایه به سیستم اجازه می‌دهد که یک آبشار میکروسکوپی از نانوذرات، ذرات جداساز با تفکیک‌پذیری کوچک‌تر از ده‌ها نانومتر را مرتب کند. آی. بی. ام قبلا اندازه تراشه را تا  کوچک کرده بود؛ در حالی ‌که ادامه توسعه، انبوهی وسیله را برای پیشرفت عملکردی و توان عملیاتی افزایش می‌دهد.

بسیار شبیه به اینکه چگونه یک جاده از طریق یک تونل کوچک اجازه می‌دهد تنها اتومبیل‌های کوچک‌تر عبور کنند؛ در حالی که کامیون‌‌های بزرگ‌تر را مجبور به تغییر مسیر به اطراف می‌کند. نانو ـ ‌دی. ای. دی از یک مجموعه‌ستون‌ها برای منحرف کردن ذرات بزرگ‌تر استفاده می‌کند؛ در حالی که به ذرات کوچک‌تر اجازه می‌دهد از میان فاصله‌های آرایه ستونی بدون کاهش، جریان یابند و به‌طور‌ موثر این «ترافیک» ذرات بر اساس اندازه، بدون انقطاع جریان جدا شوند. جالب توجه است که دانشمندان آی. بی. ام اطلاع داده‌اند که آرایه‌های نانو ـ ‌‎دی. ای. دی می‌توانند همچنین یک مخلوط از ذرات با اندازه‌های متفاوت را به یک توزیع از جریان‌ها منشعب و جدا کنند؛ خیلی شبیه به یک منشور که نور سفید را به رنگ‌های متفاوت منشعب می‌کند. طبیعت جریان پیوسته این فناوری دسته متوقف و رونده، فرآیند نوعی روش‌های جداسازی متعارف را گیر می‌اندازد.

با استفاده از اهرم مهارت نیمه‌هادی گسترده آی. بی. ام با قابلیت‌های در حال ‌رشد در بیولوژی آزمایشگاهی، دانشمندان آی. بی. ام از فرآیندهای سیلیکونی قابل ساخت، برای تولید آرایه‌های نانو ـ ‌دی. ال. دی برای آزماتراشه‌شان استفاده کردند. به‌عنوان بخشی از استراتژی اکنون آن، محققان آی. بی. ام در حال کار کردن برای افزایش تنوع ذرات زیستی بوده که  با دستگاه‌شان جدا شوند و همچنین در حال بهبود دادن دقت و ویژگی برای کاربردهای بالینی دنیای واقعی هستند.

 

منبع

More from ثمین حائری

مطالعات مغزی زندگی واقعی: مغزتراشه سه‎بعدی

برای مطالعه عملکرد سلول مغزی و آزمودن اثر تجویز دارو بر تک‎تک...
مشاهده مطلب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *