سنسور جدیدی که می تواند سرطان و آلزایمر را در مراحل اولیه تشخیص دهد
به گزارش لینک بگیر، سنسور جدید ابداع شده در دانشگاه «ام آی تی» همان مولکول هایی را شناسایی می کند که گیرنده های سلولی شناسایی می کنند و شاید بتواند غربالگری اولیه را برای تشخیص سرطان و سایر بیماری ها مانند آلزایمر امکان پذیر کند.
به گزارش لینک بگیر به نقل از ایسنا و به نقل از ام آی تی نیوز، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی دانشگاه «ام آی تی»(MIT) با الهام از سیستم های حسی طبیعی، سنسور جدیدی را طراحی نموده اند. این سنسور می تواند همان مولکول هایی را شناسایی کند که گیرنده های سلولی طبیعی شناسایی می کنند.
پژوهشگران در این پروژه که چندین تکنولوژی جدید را ترکیب می کند، نمونه اولیه یک سنسور را ابداع کردند که می تواند یک مولکول ایمنی به نام «CXCL۱۲» را تا ده ها یا صدها قسمت در میلیارد تشخیص دهد. به قول پژوهشگران، این نخستین گام مهم برای توسعه سیستمی است که میتوان از آن برای انجام دادن غربال گری های معمولی سرطان های غیرقابل تشخیص و تومورهای متاستاتیک یا بعنوان بینی الکترونیکی بهره برد.
«شوگوانگ ژانگ»(Shuguang Zhang) پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: امید ما اینست که دستگاهی ساده بسازیم تا به کاربر کمک نماید آزمایش های خانگی را با خصوصیت و حساسیت بالا انجام دهد. هرچه سریعتر سرطان را تشخیص دهید، درمان بهتری صورت می گیرد. بنابراین، تشخیص دادن زودهنگام سرطان، یکی از زمینه های مهمی است که ما می خواهیم در آن پیشرفت نماییم.
در ساخت این دستگاه، از غشایی الهام گرفته شده که همه سلول ها را احاطه کرده است. در چنین غشایی، هزاران پروتئین گیرنده وجود دارد که مولکول های موجود در محیط را شناسایی می کنند. پژوهشگران بعضی از این پروتئین ها را بگونه ای اصلاح کردند که بتوانند در بیرون از غشاء زنده بمانند و آنها را در لایه ای از پروتئین های متبلور در بالای مجموعه ای از ترانزیستورهای گرافینی قرار دادند. هنگامی که مولکول مورد نظر در یک نمونه شناسایی می شود، ترانزیستورها اطلاعات را به کامپیوتر یا تلفن همراه هوشمند منتقل می کنند.
به قول پژوهشگران، این نوع سنسور امکان دارد جهت بررسی مایعات بدن مانند خون، اشک یا بزاق سازگار باشد و بسته به نوع پروتئین گیرنده مورد استفاده، بتواند اهداف متفاوت را به صورت همزمان بررسی کند.
«روی کینگ»(Rui Qing) از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: ما گیرنده های حیاتی را از سیستم های بیولوژیکی شناسایی می نماییم و آنها را روی یک رابط بیوالکترونیکی قرار می دهیم. این کار به ما امکان می دهد تا همه سیگنال های بیولوژیکی را جمع آوری نماییم و سپس، آنها را به خروجی های الکتریکی تبدیل نماییم که میتوان آنها را با کمک ماشین ها تحلیل و تفسیر کرد.
پروتئین های گیرنده
بیشتر سنسورهای تشخیصی کنونی، بر پایه آنتی بادی ها یا آپتامرها ساخته شده اند که می توانند مولکول مورد نظر را از مایعی مانند خون جذب کنند. با این حال، هر دو روش با محدودیت هایی همراه هستند. آپتامرها به سادگی توسط مایعات بدن تجزیه می شوند و ساخت آنتی بادی ها بگونه ای که هر دسته یکسان باشد، دشوار است.
یکی از روش های جایگزین که دانشمندان بررسی نموده اند، ساخت حسگرهایی برپایه پروتئین های گیرنده موجود در غشای سلولی است که سلول ها از آن برای نظارت و واکنش نشان دادن به محیط خود استفاده می نمایند. ژنوم انسان، هزاران گیرنده از این قبیل را رمزگذاری می کند. با این حال، کار کردن با پروتئین های گیرنده دشوار است چونکه بعد از حذف شدن از غشای سلولی، تنها در صورتی ساختار خویش را حفظ می کنند که در مواد پاک کننده معلق باشند.
این گروه پژوهشی در سال ۲۰۱۸، متد جدیدی را برای تبدیل کردن پروتئین های آب گریز به پروتئین های محلول در آب گزارش دادند. این کار که به واسطه تعویض چند آمینواسید آب گریز با آمینواسیدهای آب دوست انجام می گرفت، روش «کد QTY» نامیده شد.
ژانگ اظهار داشت: پژوهشگران دهه ها کوشیده اند از گیرنده های حسی استفاده نمایند اما این روش جهت استفاده گسترده، چالش برانگیز است چونکه گیرنده ها برای پایدار نگه داشتن آنها به مواد پاک کننده نیاز دارند. مزیت روش ما اینست که می توانیم گیرنده ها را به صورت محلول در آب درآوریم و آنها را در مقادیر زیاد و با قیمت ارزان تولید نماییم.
ژانگ و «اووه اسلیتر»(Uwe Sleytr) که همکاران قدیمی هستند، تصمیم گرفتند نسخه های محلول در آب پروتئین های گیرنده را با استفاده از پروتئین های باکتریایی که اسلیتر سالها روی آنها مطالعه کرده است، به یک سطح متصل کنند. این پروتئین ها که بعنوان پروتئین های لایه S شناخته می شوند، بیرونی ترین لایه سطحی پوشش سلولی در خیلی از انواع باکتری ها و آرکی ها هستند.
هنگامی که پروتئین های لایه S متبلور می شوند، آرایه های تک مولکولی منسجم را روی یک سطح می سازند. اسلیتر پیش تر نشان داده بود که این پروتئین ها را میتوان با پروتئین های دیگری مانند آنتی بادی ها یا آنزیم ها ترکیب کرد. پژوهشگران در این پروژه، از پروتئین های لایه S برای ایجاد یک صفحه بسیار متراکم و بی حرکت نسخه محلول در آب پروتئین گیرنده «CXCR۴» استفاده کردند. این گیرنده به یک مولکول معروف به «CXCL۱۲» متصل می شود که نقش مهمی در بروز چندین بیماری انسانی همچون سرطان دارد و همچنین، به گلیکوپروتئین پوشش HIV متصل می شود که مسئول ورود ویروس به سلول های انسانی است.
اسلیتر اظهار داشت: ما از این سیستم های لایه S استفاده می نماییم تا به همه مولکول های کاربردی امکان دهیم که به سطح یک آرایه تک مولکولی در یک جهت کاملا مشخص متصل شوند. این کار مانند مرتب کردن بسیار دقیق مهره های متعدد روی یک صفحه شطرنج است.
پژوهشگران، فناوری سنسور خویش را «RESENSA» نامیدند که مخفف «آرایه نانو سنسور الکتریکی گیرنده لایه S» است.
حساسیت و زیست تقلیدپذیری
لایه های S متبلور می توانند حدودا روی هر سطحی رسوب کنند. پژوهشگران برای این کاربرد، لایه S را به تراشه ای با آرایه های ترانزیستوری مبتنی بر گرافین متصل کردند. ضخامت تک اتمی ترانزیستورهای گرافین، آنها را برای توسعه آشکارسازهای بسیار حساس ایده آل می کند.
«مانتیان ژو»(Mantian Xue) از پژوهشگران این پروژه، تراشه را بگونه ای تطبیق داد که بتوان آنرا با یک لایه دوتایی از پروتئین های لایه S متبلور متصل به پروتئین های گیرنده محلول در آب پوشاند. هنگامی که یک مولکول از نمونه به پروتئین گیرنده متصل می شود، خصوصیت های الکتریکی گرافین بگونه ای تغییر می کند که میتوان به سادگی کمیت آنرا تعیین کرد و به کامپیوتر یا تلفن همراه هوشمند متصل به تراشه انتقال داد.
ژو اظهار داشت: ما گرافین را بعنوان ماده مبدل انتخاب کردیم چونکه دارای خصوصیت های الکتریکی عالی است و می تواند سیگنال ها را بهتر منتقل کند. این بالاترین نسبت سطح به حجم را دارد چونکه ورقه ای از اتم های کربن است. بنابراین، هر تغییر ناشی از رویدادهای اتصال پروتئین روی سطح، مستقیما به کل مواد منتقل می شود.
تراشه ترانزیستور گرافین را میتوان با پروتئین های گیرنده لایه S پوشاند که تراکم آنها یک تریلیون گیرنده در سانتی متر مربع است. این خصوصیت به تراشه امکان می دهد تا از حداکثر حساسیت عرضه شده توسط پروتئین های گیرنده در محدوده بالینی مرتبط برای آنالیت های مورد نظر در بدن انسان استفاده نماید. به قول پژوهشگران، این تراشه می تواند اندازه گیری های قابل اعتماد را حتی در مورد مولکول های کمیاب، مانند مولکول هایی که می توانند حضور تومور را در مراحل اولیه سرطان یا آغاز بیماری آلزایمر نشان دهند، تضمین کند.
به قول پژوهشگران، به لطف استفاده از کد QTY میتوان پروتئین های گیرنده طبیعی موجود را تغییر داد و از آنها برای تولید مجموعه ای از حسگرها در یک تراشه بهره برد تا حدودا هر مولکولی را که سلول ها می توانند شناسایی کنند، نمایش دهند.
کینگ اظهار داشت: هدف ما اینست که فناوری پایه را توسعه دهیم تا امکان ساخت یک دستگاه قابل حمل را در آینده فراهم نماییم. شاید بتوان چنین دستگاهی را با تلفن های همراه و کامپیوتر ها ادغام کرد تا آزمایش در خانه صورت گیرد و به سرعت مشخص شود که آیا باید به پزشک مراجعه نمود یا خیر.
«پیرو باگلیونی»(Piero Baglioni) استاد «دانشگاه فلورانس»(University of Florence) که در این پژوهش شرکت نداشت، اظهار داشت: این سیستم جدید، تلفیقی از زمینه های پژوهشی متعدد مانند زیست شناسی مولکولی و مصنوعی، فیزیک و مهندسی برق است که در روش این گروه پژوهشی به خوبی ادغام شده اند. علاوه بر این، من معتقدم که این پیشرفت می تواند در تشخیص دادن خیلی از بیماری ها سودمند باشد.
این پژوهش، در مجله «Science Advances» به چاپ رسید.
منبع: linkbegir.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب