پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ایران با همکاری دانشگاه تورنتو و دانشگاه علوم پزشکی تهران، سامانهای نوآورانه برای تشخیص سریع و دقیق بیوتیولها طراحی کردهاند که با استفاده از نانوآنزیم و تلفن همراه، میتواند آزمایشهای زیستی را از محیطهای پیچیده آزمایشگاهی به محل درمان یا حتی خانه منتقل کند.
به گزارش دیدهبان علم ایران، این حسگر رنگسنجی مبتنی بر آرایه ۵×۵، تغییرات رنگی ناشی از واکنش نمونه را ثبت کرده و با کمک نرمافزار انتخابگر رنگ در گوشی هوشمند تحلیل میکند. سامانه یادشده توانسته چندین ترکیب مهم زیستی مانند گلوتاتیون، سیستئین و سیستئامین را با حساسیت بالا و در زمان کوتاه شناسایی کند.
قابلیت استفاده در سرم و پلاسمای انسانی، این فناوری را به گزینهای امیدبخش برای پزشکی شخصی، پایش سلامت و تشخیص در محل تبدیل کرده است؛ همان چیزی که نظام سلامت سالها به آن نیاز داشت و طبق سنت دیرینه بشر، دیر به سراغش رفت.
در دنیای پزشکی امروز، سرعت تشخیص گاهی به اندازه خود درمان اهمیت دارد. بسیاری از بیماریها اگر زود شناسایی شوند، قابل کنترل یا درمان هستند، اما وابستگی به آزمایشگاههای مجهز، تجهیزات گرانقیمت و فرایندهای زمانبر، همچنان مانعی جدی در مسیر خدمات سلامت به شمار میرود. به همین دلیل، فناوریهای تشخیص در محل درمان یا Point-of-Care Testing (POCT) در سالهای اخیر به یکی از اولویتهای مهم پژوهشگران تبدیل شدهاند؛ ابزارهایی کوچک، سریع و قابلحمل که بتوانند بدون نیاز به زیرساختهای پیچیده، نتیجهای قابل اعتماد ارائه دهند.
در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ایران با همکاری دانشگاه تورنتو و دانشگاه علوم پزشکی تهران موفق به توسعه یک حسگر رنگسنجی چندمنظوره مبتنی بر نانوآنزیم شدهاند که با تلفن همراه یکپارچه میشود و میتواند بیوتیولها را با دقت بالا شناسایی کند. این دستاورد میتواند راه را برای نسل تازهای از آزمایشگاههای جیبی هموار کند.
بیوتیولها گروهی از ترکیبات زیستی حاوی گوگرد هستند که در فرایندهای حیاتی بدن نقش اساسی دارند. موادی مانند سیستئین، گلوتاتیون، سیستئامین، دیتیوترئیتول و ان-استیلسیستئین در تنظیم استرس اکسیداتیو، عملکرد سلولی، سمزدایی و تعادل متابولیکی مؤثرند. تغییر سطح این مواد میتواند با بیماریهای کبدی، اختلالات عصبی، سرطان، التهاب و مشکلات قلبیعروقی مرتبط باشد.
با این حال، تشخیص این ترکیبات آسان نیست. بسیاری از بیوتیولها ساختار شیمیایی بسیار مشابهی دارند و جداسازی و اندازهگیری انتخابی آنها نیازمند روشهای دقیق و گرانقیمت است. اینجاست که نانوفناوری وارد صحنه میشود تا طبق عادت خوبش، مشکلاتی را حل کند که ابزارهای سنتی در برابرشان فقط سرفه میکنند.
هسته اصلی این فناوری، یک نانوآنزیم جدید با ساختار هسته-پوسته است. این نانوذره از هسته مغناطیسی CoFe۲O۴ و پوستهای از آنالوگ آبی پروس شامل Co۳[Fe(CN)۶]۲ ساخته شده است. نانوآنزیمها موادی مصنوعی هستند که رفتاری مشابه آنزیمهای طبیعی دارند، اما پایداری بیشتر، قیمت کمتر و شرایط نگهداری سادهتری ارائه میکنند.
بخش نانویی پروژه دقیقاً در همین جا قرار دارد: طراحی این نانوذره مهندسیشده که میتواند مانند آنزیم پراکسیداز عمل کند و واکنشهای رنگی را فعال سازد. پژوهشگران نشان دادند این نانوآنزیم با چندین ماده رنگزا از جمله TMB، ABTS، OPD و ترکیبات دیگر واکنش میدهد و الگوهای رنگی متنوعی ایجاد میکند.
بر پایه این ویژگی، محققان یک آرایه رنگسنجی ۵×۵ طراحی کردند. این آرایه را میتوان نوعی «اثر انگشت شیمیایی» دانست؛ زیرا هر بیوتیول با نانوآنزیم و مواد رنگی، الگوی رنگی خاص خود را تولید میکند. به جای اتکا به یک سیگنال منفرد، مجموعهای از پاسخهای رنگی ثبت میشود و همین موضوع قدرت تفکیک سامانه را افزایش میدهد.
برای خوانش نتایج نیز از گوشی هوشمند استفاده شده است. یک نرمافزار انتخابگر رنگ، شدت تغییرات را در کانالهای رنگی مختلف و مقادیر خاکستری تحلیل میکند. نتیجه آن است که کاربر میتواند تنها با دوربین موبایل و نرمافزار مربوطه، نمونه را بررسی کرده و پاسخ را دریافت کند.
این سامانه عملکرد تحسینبرانگیزی از خود نشان داده است. محدوده تشخیص آن از ۰٫۱ تا ۱۰۰۰ میکرومولار گزارش شده که بازهای گسترده برای کاربردهای بالینی محسوب میشود. همچنین حد تشخیص برای برخی ترکیبات بسیار پایین است:
۰٫۲۹ میکرومولار برای ان-استیلسیستئین
۰٫۰۳ میکرومولار برای سیستئامین
۱٫۵ میکرومولار برای ال-سیستئین
۰٫۱۵ میکرومولار برای دیتیوترئیتول
۱٫۵ میکرومولار برای گلوتاتیون
این اعداد نشان میدهند سامانه، توان شناسایی مقادیر بسیار کم از ترکیبات هدف را دارد؛ موضوعی حیاتی برای تشخیص زودهنگام اختلالات.
از دیگر مزایای این فناوری میتوان به گزینشپذیری بالا، تکرارپذیری مناسب و سرعت آزمون اشاره کرد. حسگر توانسته در نمونههای واقعی شامل سرم و پلاسمای انسانی فاقد پروتئین نیز عملکرد موفقی داشته باشد؛ نکتهای بسیار مهم، زیرا بسیاری از فناوریها در مقاله عالیاند اما هنگام مواجهه با نمونه واقعی، ناگهان روحیه خود را از دست میدهند.
کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است. پزشکان میتوانند در آینده برای پایش بیماران مزمن، بررسی وضعیت آنتیاکسیدانی بدن، ارزیابی پاسخ درمانی یا غربالگری اولیه بیماریها از چنین سامانههایی بهره ببرند. در مناطق کمبرخوردار یا مراکز درمانی فاقد تجهیزات پیشرفته نیز این ابزار میتواند دسترسی به خدمات تشخیصی را بهبود دهد.
نکته مهمتر آنکه این فناوری محدود به بیوتیولها نیست. پژوهشگران تأکید کردهاند همین پلتفرم میتواند برای طیف وسیعی از حسگرهای زیستی و شیمیایی توسعه یابد. به بیان دیگر، اگر نانوآنزیم مناسب و الگوی واکنشی درست طراحی شود، موبایل میتواند به آزمایشگاهی همراه برای سنجش نشانگرهای مختلف بدل شود.
این دستاورد مشترک نشان میدهد همافزایی میان نانوفناوری، هوش دیجیتال و پزشکی میتواند آینده تشخیص را متحول کند. شاید در آینده نهچندان دور، بسیاری از آزمایشهایی که امروز نیازمند مراجعه به مراکز تخصصی هستند، با یک قطره نمونه و چند ثانیه انتظار روی صفحه تلفن همراه انجام شوند؛ و این بار، فناوری واقعاً زندگی را سادهتر کند، نه فقط شلوغتر.
نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Smartphone-integrated multifunctional nanozyme-based colorimetric sensor array for rapid and selective biothiol detection in point-of-care applications در مجله Chemical Engineering Journalمنتشر شده است.
* نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخشهای موردنیاز علامتگذاری شدهاند