ساخت دستگاه تکثیر ژن

به گزارش خبرگزاری صداوسیما به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی شریف؛ امروزه روش PCR جایگاه بسیار مهمی را در جنبه‌های مختلف مهندسی ژنتیک، بیولوژی مولکولی، میکروب شناسی تشخیصی، تشخیص سرطان و بیماری‌های ژنتیک، تشخیص هویت، جرم شناسی، تعیین ترادف، باستان شناسی، مطالعه‌ی تکاملی موجودات و ... پیدا کرده است. این روش تقریباً در تمامی آزمایشگاه‌های زیست مولکولی جزو کار‌های متداول می‌باشد و به صورت اتوماتیک به وسیله‌ی کامپیوتر انجام می‌شود. این تکنیک تمامی مشکلات قبلی در زیست مولکولی که ناشی از عدم دسترسی به مقادیر زیاد از DNA یکسان بود را برطرف کرد. برای مثال قبلاً برای به دست آوردن نسخه‌های متعدد از یک ژن خاص می‌بایست این ژن را به داخل حامل مناسب وارد کرده و در یک باکتری تکثیر کنند، ولی امروزه این کار را به سادگی و با استفاده از PCR انجام می‌دهند. PCR از نظر علمی تشابه زیادی به همانند سازی DNA دارد و در واقع برگرفته از آن است.

PCR همانند یک دستگاه فتوکپی عمل می‌کند که بوسیله آن می‌توان صفحاتی از کتاب ژنوم هر موجود را به تعداد دلخواه و مشابه نسخه اصلی (البته در مواردی همراه با خطا‌های جزئی) تکثیر نمود. با این روش می‌توان یک ژن را به اندازه‌ای تکثیر کرد تا بتوان با استفاده از روش‌هایی مانند الکتروفورز مشاهده کرد. شما یک تار مو را از فاصله ۶ متری نمی‌توانید ببینید، اما یک دسته میلیاردی از مو کنار هم به خوبی مشاهده می‌شوند.

 

"طراحی و ساخت دستگاه تکثیر ژن (PCR)" حاصل تلاش سه ساله‌ی دکتر امیر شاملو استادیار دانشکده‌ی مهندسی مکانیک و عضو پژوهشکده‌ی زیست فناوری و محیط زیست دانشگاه صنعتی شریف به همراه دکتر منوچهر وثوقی ریاست پژوهشکده‌ی زیست فناوری و محیط زیست، مسعود مددالهی دانش آموخته دکتری شریف، عرفان قاضی میرسعید، علی آماده دانشجویان کارشناسی ارشد و مهدی دیزانی دانشجوی کارشناسی دانشگاه صنعتی شریف به سرانجام رسیده است.

دکتر شاملو در خصوص اهمیت دستگاه تکثیر ژن گفت: دستگاه تکثیر ژن (PCR) مبتنی بر قطره پایه، در تمامی آزمایشگاه‌های زیستی، پاتولوژی، بیمارستان‌ها و کلینیک‌ها معمولا به صورت روزانه کاربرد دارد و تاکنون از نمونه‌های خارجی این دستگاه استفاده می‌شده است. 

دانشیار دانشکده‌ی مهندسی مکانیک یادآور شد: اخیرا چند نمونه داخلی با روش‌های سنتی و تجاری ساخته شده است که به دلیل بالا بودن قیمت، تهیه‌ی آن برای آزمایشگاه‌ها دشوار می‌باشد؛ بنابراین ما با هدف حفظ دقت و کاهش قیمت تصمیم به ساخت دستگاه تکثیر ژن در دانشکده‌ی مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف گرفتیم. دستگاه ساخته شده در واقع دارای سیستمی متمایز از روش‌های سنتی و تجاری موجود در بازار است و با هزینه‌هایی بسیار کمتر قادر به انجام عملیات تکثیر ژن می‌باشد. وی افزود: دستگاه تکثیر ژن ساخته شده، دقت را با استفاده از نانو ذرات‌ها در همان حد نمونه‌های تجاری حفظ و سرعت را نیز فزایش داده است که این افزایش سرعت ۳۰ تا ۴۰ درصد نمونه‌های خارجی است. اما از لحاظ هزینه، قیمت یک دهم نمونه‌های مشابه تجاری است؛ بنابراین از این حیث برای آزمایشگاه‌ها بسیار کاربردی می‌باشد.

دکتر شاملو تأکید کرد: این پروژه در قالب چند پایان نامه ارشد و دکتری اجرا شده است. در حال حاضر تلاش می‌کنیم با همکاری دانشگاه دستگاه مذکور را تجاری سازی کرده و به سمت بازار روانه کنیم.

 

مسعود مددالهی دانش آموخته‌ی دانشکده‌ی مهندسی مکانیک در ادامه در خصوص دستگاه تکثیر ژن ساخته شده گفت: همانطور که دکتر شاملو پیش‌تر اشاره کردند دستگاه تکثیر ژن (PCR) مبتنی بر قطره پایه با استفاده از تعدادی قطرات آبی ژن برای تکثیر عمل می‌کند. وی خاطر نشان کرد: روش تکثیر فوق نسبت به دیگر روش‌ها مزایایی دارد که مهمترین آن‌ها پیوسته بودن این روش و جلوگیری از آلودگی است. دستگاه ساخته شده از طریق کابل به رایانه متصل می‌شود و قابلیت کنترل دما‌های مختلف را دارد. در داخل دستگاه یک سیستم میکروفلوئیدی تعبیه شده است که توانایی تزریق ژن‌ها به صورت پیوسته را داراست و می‌توانیم از خروجی دستگاه ژن‌های تکثیر شده را تحویل بگیریم.

این پژوهشگر در ادامه تصریح کرد: در ساخت این دستگاه از یک روش جدید به منظور تولید دستگاه‌های میکروفلویدیک استفاده شده است که قابلیت تعمیم در تمامی دستگاه‌های دیگر ساخته شده توسط پژوهشگران در حوزه میکرو و نانو را داراست. مزیت این روش، تولید دستگاه‌های میکروفلویدیک با قابلیت تحمل فشار‌های بسیار بالا است. در این دستگاه برای اولین بار اثر نوع خاصی از نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آن با نتایج به دست آمده با دستگاه‌های تجاری مقایسه شده است.

وی افزود: نتایج حاکی از آن است که با استفاده از نانوذرات، دستگاه ساخته شده می‌تواند کارایی دستگاه‌های تجاری را با کاهش زمان فرآیند حاصل نماید. همچنین نشان داده شده است که نانوذرات میتوانند تا ۵ برابر (وحتی بیشتر) نتایج واکنش PCR را بهبود دهند. از دیگر مزایای سیستم‌های PCR جریان پیوسته بودن دستگاه ساخته شده هزینه‌ی ارزان تر، سیستم کنترلی ساده‌تر و تغییر سریع دما می‌باشد.

دکتر مددالهی گفت: در این دستگاه از سیستم قطره‌پایه برای تکثیر ژن استفاده می‌شود و در این دسته از سیستم‌های PCR ریز سیالاتی، سیال نمونه‌ی آزمایش به صورت قطره‌های کوچکی در یک سیال ثانویه، که معمولا نوعی روغن می‌باشد، در می‌آید. 

وی افزود: مشتریان این طرح به طور کلی تمام سازمان‌ها، شرکت‌ها و افرادی که در زمینه‌ی تشخیص بیماری، استخراج و تکثیر ژن و زمینه‌های مشابه دیگر فعالیت دارند هستند و در صورت تجاری سازی، می‌توانند این محصول را با یک دهم قیمت نمونه خارجی آن تهیه کنند.