طراحی “بیوچیپ” در روسیه

[آریوبرزن 13988]

طراحی بیوچیپ در روسیه

 

 

 

در روسیه بیوچیپی طراحی شده است، که قادر به کنترل و بررسی وضعیت بدن بیمار تنها در عرض چند ساعت می باشد.

در حال حاضر برای انجام یک بررسی کامل از وضعیت ارگانیسم، حضور باکتری های مضر و ویروسهای بیماری زا، بیمار مجبور به دادن خون زیادی با معده خالی می شود یا برای هفته ها در بیمارستان، منتظر می ماند تا اگر عفونت مزمنی وجود داشته، در آزمایشگاه پدیدار گردد. با این دستاورد جدید در زمینه ی مهندسی پزشکی، به زودی همه چیز تغییر خواهد کرد. تشخیص تقریبا تمام بیماری ها سریع تر، راحت تر و خیلی ارزانتر خواهد بود.

فن آوری میکروچیپ های بیولوژیکی که بیش از ۲۰ سال پیش در موسسه زیست شناسی مولکولی به نام ا.اِنگلگاردت (ИМБ РАН) بوجود آمده بود، مدت طولانی تنها در سطح آزمایش و بررسی قرار داشت. اما دانشمندان در حال حاضر، آماده ی راه اندازی این محصول در مجموعه های صنعتی هستند.

انجام مطالعات بالینی با استفاده از میکروچیپ، اساساً با آنالیز و بررسی متعارف و معمولی، در درجه ی اول، از نظر سرعت بهره وری آن، تفاوت دارد. امروزه برای تشخیص برخی بیماری ها بوسیله ی فن آوری های سابق نیاز به بیش از یک روز، و گاهاً خیلی بیش تر از این ها وقت لازم است. به عنوان مثال، برای شناسایی عامل موثر سل و اشکال مقاوم در برابر داروی آن، ازهشت تا ده هفته به زمان نیاز است. در تمام این مدت بیمار در بیمارستان در حالت ثابت می باشد و مجموعه ای استاندارد از داروها را دریافت می کند که برای بیمارانی که برای اولین بار در رابطه با شناسایی بیماری به بیمارستان مراجعه کرده اند، تنها در ۸۰ درصد از موارد عمل می کند. این طور به نظر می رسد که باقی بیماران مبتلا به بیماری، که در برابر این داروها مقاوم بودند، تحت درمان نامناسبی قرار گرفته، و علاوه بر این ، ناقل فعال سل نیز می باشند. چنین شبه درمانی هزینه ی قابل توجهی را برای کشور روسیه به دنبال دارد: قیمت یک تخت در مراکز مقابله با سل در سال ۲۰۰۹ به طور متوسط در هر روز حدود ۱۵۰۰ روبل می باشد. (حدود ۹۵۰۰۰ روبل در طول یک دوره ی درمانی).

بیوچیپ های ساخته شده توسط دانشمندان روسی، تجزیه و تحلیل وضعیت سلامت بیمار را حداکثر طی یک شبانه روز مقدور می سازند، و این صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های درمانی است. طبق محاسبات انجام شده توسط دانشگاه فدرال دولتی “موسسه ی مرکزی علمی-تحقیقاتی سازماندهی بهداشت عمومی”، بهره گیری از فن آوری میکروچیپ ها برای تشخیص سل و تعیین حساسیت دارویی عامل برانگیزنده، بیش از ۷۰ روبل در برابر هر یک روبلی که برای توسعه ی این طرح صرف شود، باعث صرفه جویی می شود. بر اساس این برآوردها، وزارت بهداشت روسیه تخمین می زند که در سال ۲۰۰۹ بودجه ی اختصاص یافته تنها در این زمینه، حداقل ۵ میلیارد روبل بوده است.

علاوه بر این، فن آوری میکروچیپ می تواند هزینه ی کسانی را که تصمیم به بررسی وضعیت سلامت خود گرفته اند، را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد. مدیرگروه بیوچیپ های پرتئینی، پروفسور شیمی، خانم آلّا روبینا، بر این باور است، که “فقط با یک بار تجزیه و تحلیل بوسیله ی میکروچیپ، می توان از وجود هشت نمونه از معمولترین سرطان ها، اطلاع کسب کرد.”

به عنوان مثال، با احتمال تا ۹۰ درصد می توان وجود سرطان سینه را در خانم ها تعیین کرد. شناسایی این نشانگرها، با استفاده از روش های معمول و استاندارد امروزی حدود ۷ هزار روبل هزینه دارد. در حالی که همین آزمایش با کمک میکروچیپ حدود هزار روبل هزینه خواهد داست. و این در حالی است، که این آزمایش، گران ترین محسوب می شود. به عنوان مثال، هزینه ی آزمایش سل حدود دو برابر ارزانتر می باشد. لازم به ذکر است که قیمت بیوچیپ های ساخت غرب از ۲۰۰ دلار شروع می شود.

میکرو زیست شناس ها بر این باور هستند که فن آوری ساخت این چیپ ها، امروز، ایجاد یک ماتریس برای شناسایی طیف وسیعی از بیماری ها را مقدور می سازد. این ماتریس شامل ۱۳ نوع سرطان خون، بیماری ایدز، تبخال ، آبله مرغان ، هپاتیت ب و ۳۶ زیر گروه هپاتیت سی ، ۳۰ زیر گروه از ویروس آنفلوانزا از جمله ویروس H5N1 مرغی و خوکی H1N1 می باشد. در همه این موارد ، آنالیز طولانی نبوده، و نتایج آزمایشات ظرف چند ساعت در دسترس خواهد بود. چنین بازدهی مخصوصاً در مواقع همه گیری بیماری (اپیدمی) بسیار مهم و حیاتی می باشد.

میکرو زیست شناس ها با کمک متخصصان پزشکی، قادر خواهند بود تا به سرعت خطر ناشی از ویروس خاص بیماری های عفونی را ارزیابی کرده، و به تعیین میزان شیوع آن بپردازند.

سرگروه تیم آنالیز باکتری های پاتوژن و ویروس ها، پروفسور زیست شناس، آقای دمیتری گریادونوف، در این باره می گوید: “برای مثال ، آنفولانزای H1N1 ، که همه را به خاطر آن وحشت زده کردند، آنقدرها هم خطرناک نبود، چرا که پوشش پروتئینی آن آسیب پذیر بود. در حالی که شیوع آنفولانزای مرغی بسیار خطرناک تر بود، ولی نمی توانست از فردی به فرد دیگر منفقل شود، امری که موجب نجات از این بیماری همه گیر وحشتناک شد.”

 

طراحی این تراشه به این شرح است: روی صفحه ای کوچک، ماتریسی که شامل چندین سلول است، قرار داده می شدود. اندازه ی آنها در محدوده ۱۰ تا ۱۰۰ میکرون می باشد. در هر یک میلی متر مربع از این ماتریس، صدها سلول قرار داده می شود. هر یک از آنها نوعی لوله ی آزمایشگاهی می باشد.

دانشمند ارشد آزمایشگاه میکروچیپ های بیولوژیکی، پروفسور شیمی، آقایی الکساندر چودینوف، می گوید:” اصول کاربیوچیپ ها بر اساس خاصیت ویژه ی مولکول های دی ان ای است، که مارپیچی دوگانه ار زنجیره های پلیمری می باشد.ساخت این مدار ها بر اساس اصل متمم بودن، یعنی ارتباط متقابل ترکیبات اسید نوکلئیک چهار گانه، می باشد. این یک اصل است.”

با استفاده از این قانون، دانشمندان یک قسمت از زنجیره ی دی ان ای را ایجاد می کنند، به همان ترتیبی که در هنگام جهشی که مشخص کننده ی بیماری است، زنجیره ی دی ان ای بدست می آورد. این قطعات ناکامل را به طور شیمیایی به سلول بیوچیپ متصل می کنند. پس از قرار دادن سلول ها، ماتریس آماده را در یک بسته ی واحد، محکم بسته بندی می کنند.

حالا نوبت تکنسین آزمایشگاه است، که با نمونه ی تست و آنالیز شده کار می کند. این نمونه می تواند دی ان ای ویروسی باشد، که ممکن است از خون ، بزاق ، و یا به عنوان مثال، از ریه ی بیمار گرفته می شود. اگر نیاز است تا بیمار برای بررسی استعداد ژنتیکی به سرطان های خاص، بیماری های ارثی یا به تحمل فرد از انواع خاصی از داروهای درمانی تست شود، می توانند از دی ان ای خود بیمار استفاده کنند.

تکنسین آزمایشگاه نمونه ی بیولوژیکی را در لوله های آزمایشگاهی قرار داده، و برخی از آنزیمها و نوکلئوتیدهای جداگانه را، که برخی از آنها با مواد فلورسنتی مشخص شده اند، در همان لوله می ریزد. در لوله ی آزمایشگاهی واکنش همجوشی قطعات مورد نیاز زنجیره ی دی ان ای، شروع می گردد. در پایان، مقدار آنها نه هزاران، بلکه میلیون ها می باشد، و همه ی آنها دارای نشانگر فلورسنتی هستند. سپس نمونه در میکروچیپ ریخته می شود. اگر در آن جهشی خاص وجود داشته باشد، آنها بر طبق اصل اتّمام، با قسمتهایی که حاوی توالی مولکول های دی ان ایِ از قبل تغییر داده شده می باشد، اتصال داده می شوند، و این سلول را با نشانگر فلورسنتی رنگ آمیزی می کنند. سپس تراشه را با محلولی خاص به عمل آورده، و در دستگاه شمارنده، که آنالیزاتوری فلورسانسی متصل به کامپیوتر می باشد، قرار می دهند. برنامه، تصویر به دست آمده از سلول های نورانی را تجزیه و تحلیل کرده، مشخص می کند که دقیقاً کدام بخش از دی ان ای در نمونه تغییر یافته است. در نتیجه، بر روی صفحه نمایش، کارشناس هم تصویری ازماتریس بیوچیپ با سلول های نورانی را می بیند و هم اطلاعاتی نوشتاری از تغییرات ژن ها، بیماری فرد بیمار و نوع ویروس یا باکتری، در اختیار او خواهند بود.

در حال حاضر بیوچیپ ها در مطالعات بالینی آزمایش می شوند. هر گونه تشخیصی که با کمک آنها انجام شود، می بایست به کمک روش های کلاسیک بررسی می شود. ولی زیست شناس ها در این موضوع شکی ندارند که این گرایش در سال های آینده به سرعت توسعه خواهد یافت. از سال گذشته موسسه ی علمی تحقیقاتی به انجام مطالعات ژنتیکی بر روی مردم روسیه و کشورهای اروپایی برای شناسایی خطر ابتلای ژنتیکی افراد به بیماری هایی از قبیل آلزایمر، اعتیاد به الکل و اسکیزوفرنی و غیره، با استفاده از سیستم هایی که بر اساس میکروچیپ می باشد، می پردازد.

با این حال ، هیچ لزومی ندارد که بیوچیپ ها تنها در حوزه ی سلامت استفاده شوند. برای مثال، سازمان های اجرایی قانون نیز مدتی است که به این تکنولوژی علاقه نشان داده اند. برای آنها میکروچیپ هایی در حال حاضر ساخته شده است، که شامل ۲۳ نشانگر می باشد و شناسایی بیش از ۳۰ هزار نوع ژنوم انسان را مقدور می سازد. به عبارت ساده تر، می توان با دقت یک سی هزارم تعیین کرد، که شخص مورد نظر، بنا بر نمونه ای بیولوژیکی از او (مانند مو، ذرات پوست، بزاق) در صحنه ی ارتکاب جرم، ارتباطی با جنایت دارد یا خیر.

این روش ها هنوز در مرحله ی امتحان قرار دارند و نمی توان از آنها به عنوان مدرک در دادگاه استفاده کرد، اما هیچ منعی برای استفاده از آنها در تحقیقات وجود ندارد. در آینده ، همانطور که محققان وعده می دهند، محققان، دقت و صحت اطلاعات به دست آمده با کمک میکروچیپ ها، تقریبا مطلق خواهد بود. و این آغاز عصری جدید در زیست شناسی مولکولی خواهد بود.