شناسایی تک مولکول‌ها و تشخیص بیماری‌ها با تلفن هوشمند

 | تاریخ ارسال: 1399/12/19 | 
شناسایی تک مولکول­ها و تشخیص بیماری­ها با تلفن هوشمند
پژوهشگران Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) در مونیخ نشان دادند که نور ساطع شده توسط یک تک مولکول را می­توان با یک دستگاه نوری کم هزینه تشخیص داد. نمونه­ ی اولیه آن­ها می­تواند تشخیص پزشکی را تسهیل کند.
 نشانگرهای زیستی نقشی اساسی در تشخیص بیماری و ارزیابی روند آن دارند. از جمله نشانگرهایی که اکنون استفاده می­شود، می­توان به ژن­ها، پروتئین­ها، هورمون­ها، لیپیدها و سایر گروه­های مولکول اشاره کرد. نشانگرهای زیستی را می­توان در خون، مایع مغزی نخاعی، ادرار و انواع مختلف بافت­ها مشاهده کرد؛ اما اکثر آنها یک ویژگی رایج دارند: آن­ها در غلظت­های بسیار کم رخ می­دهند، بنابراین تشخیص و تعیین مقدار آن­ها از نظر فنی چالش برانگیز است.
در بسیاری از روش­های تشخیص، از کاوشگرهای مولکولی مانند آنتی بادی­ها یا توالی ­های کوتاه اسید نوکلئیک استفاده می­شود که برای اتصال به نشانگرهای زیستی خاص طراحی شده ­اند. هنگامی که یک کاوشگر هدف خود را می­شناسد و به آن متصل می­شود، واکنش های شیمیایی یا فیزیکی منجر به ایجاد سیگنال­های فلورسانس می­شود. این روش­ها در صورتی به خوبی کار می­کنند که حساسیت کافی برای تشخیص نشانگر زیستی مربوطه را در درصد بالایی از بیمارانی که آن را در خون خود دارند، داشته باشند. علاوه ­براین، قبل از استفاده از چنین آزمایش­های مبتنی بر فلورسانس، باید نشانگرهای زیستی یا سیگنال­های آن­ها تقویت شود. هدف نهایی توانایی غربالگری پزشکی مستقیم بر روی بیماران، بدون نیاز به ارسال نمونه ­ها به آزمایشگاه­ های دور برای تجزیه و تحلیل است.

 
انتن ­های مولکولی سیگنال­ های فلورسانس را تقویت می­کنند:
Philip Tinnefeld، استاد شیمی فیزیک درLMU ، یک استراتژی برای تعیین سطح نشانگرهای زیستی موجود در غلظت­های پایین ایجاد کرده ­است. وی موفق شده­ است که کاوشگرهای DNA را به ذرات ریز طلا یا نقره متصل کند. جفت ذرات (dimers) به عنوان نانوآنتن ­هایی عمل می­کنند که سیگنال­های فلورسانس را تقویت می­کنند. این ترفند به شرح زیر عمل می­کند: برهم­کنش میان نانوذرات و امواج نوری ورودی باعث تشدید میدان ­های الکترومغناطیسی محلی می­شود و این به نوبه خود منجر به افزایش عظیم دامنه فلورسانس می­شود. به این ترتیب می­توان باکتری­هایی را که حاوی ژن ­های مقاومت آنتی­بیوتیکی و حتی ویروس هستند را به طور خاص شناسایی کرد.
Kateryna Trofymchuk، اولین نویسنده ­ی مشترک مقاله­، می­گوید: "آنتن­های نانو مبتنی بر DNA طی چند سال گذشته مورد مطالعه قرار گرفته ­است؛ اما ساخت این نانوساختارها چالش ­هایی دارد." گروه تحقیقاتی Philip Tinnefeld اکنون موفق شده­ است اجزای نانوآنتن خود را دقیقاً پیکربندی کند و مولکول­های DNA را به عنوان کاوشگرهای ضبط در محل تقویت سیگنال، قرار دهد. روی هم رفته، این تغییرات باعث می­شوند که سیگنال فلورسانس به طور مؤثرتری تقویت شود. علاوه­ بر این، در حجم کوچک درگیر، که در مقیاس zeptoliter است (یک zeptoliter برابر ۲۱-۱۰ لیتر است)، حتی می­توان مولکول­های بیشتری را نیز جذب کرد.
درجه بالایی از کنترل موقعیت ­یابی توسط فناوری نانو DNA امکان­پذیر است که از ویژگی­های ساختاری DNA برای هدایت مونتاژ انواع اشیا در مقیاس نانو - به تعداد بسیار زیاد - بهره می­برد. Trofymchuk می­گوید: "در یک نمونه، ما می­توانیم به طور همزمان بیلوین ­ها نانوآنتن را با استفاده از روشی که اساساً شامل pipetting چند محلول با هم است، تولید کنیم. "
 
تشخیص عادی با تلفن هوشمند:
Viktorija Glembockyte، اولین نویسنده مشترک مقاله، می­گوید: "در آینده، فناوری ما می­تواند برای آزمایش ­های تشخیصی حتی در مناطقی که دسترسی به برق یا تجهیزات آزمایشگاهی محدود است، مورد استفاده قرار گیرد. ما نشان داده­ایم که می­توانیم مستقیماً قطعات کوچک DNA در سرم خون را با استفاده از یک میکروسکوپ قابل حمل و مبتنی بر تلفن­های هوشمند که روی یک پاور برق USB معمولی کار می­کند تا آزمایش را کنترل کند، تشخیص دهیم. " تلفن­های هوشمند جدید معمولاً به دوربین­های بسیار خوبی مجهز هستند. جدا از آن، تنها چیزی که لازم است لیزر و لنز- دو جزء در دسترس و ارزان- است. پژوهشگران LMU از این دستورالعمل اساسی برای ساخت نمونه­های اولیه خود استفاده کردند.
آن­ها در ادامه نشان دادند که قطعات DNA که مخصوص ژن­های مقاومت به آنتی­بیوتیک در باکتری­ها هستند می­توانند توسط این مجموعه تشخیص داده شوند. اما روش می­تواند به راحتی اصلاح شود تا طیف وسیعی از انواع اهداف مانند ویروس­ها را تشخیص دهد. Tinnefeld خوش­بین است: "سال گذشته نشان داده­است که همیشه نیاز به روش­های تشخیصی جدید و ابتکاری وجود دارد و شاید فناوری ما بتواند روزی به توسعه یک آزمایش تشخیصی ارزان و قابل اعتماد کمک کند که می­ تواند در خانه انجام شود."

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۲/۱۵/detecting-single-molecules-and-diagnosing-diseases-with-a-smartphone