تحولی بزرگ در ردیابی سلول های سرطانی
به گزارش اسمارت کاور، برگزیده جایزه مصطفی 2025 با طراحی تراشه های میکروفلویدیک، تحولی بزرگ در ردیابی سلول های سرطانی و جلوگیری از متاستاز ایجاد کرد.
به گزارش اسمارت کاور به نقل از مهر، مهمت تونر استاد مهندسی زیست پزشکی دانشکده پزشکی هاروارد، در سال ۲۰۲۵ برگزیده جایزه مصطفی(ص) شد. او با توسعه سیستم های نانومیکروفلویدیک با کاربردهای بالینی مانند جداسازی سلول های نادر، تاثیر به سزایی در روند تشخیص سرطان داشته و از محققان برجسته این حوزه است. برای درک بهتر ابتکار تونر، باید ابتدا دریافت که چرا این دانشمند ترکی و گروه تحقیقاتی اش برای مواجهه با سرطان به سراغ خون انسان رفته اند.
خون اطلاعات زیادی درباره ی آن چه که در بدنمان رخ می دهد در خود جای داده است. به همین علت آزمایش خون روش رایج و مهمی برای پایش وضعیت کلی بدن یا تشخیص بیماری است. اگر آزمایش خون داده باشید، دیده اید که مقدار قابل توجهی نمونه خون جمع آوری می شود و آماده سازی پاسخ آزمایش هم زمان بر است. در پشت صحنه هم مواد و معرف هایی برای تحلیل خون استفاده می شود و در نهایت تمام این موارد به زباله تبدیل می شوند. آیا راهی برای بهینه کردن تمام این پروسه وجود دارد؟ مثلاً آزمایش کلسترول، تری گلیسرید، اوریک اسید و گلوکز را با حجم خیلی کم خون و در زمان کوتاه انجام داد، نه در لابراتوار بلکه در خانه! چیپ میکروفلویدیک به ما در رسیدن به این توانایی ها کمک خواهد نمود.
چیپ های میکروفلویدیک با حجم های خیلی کوچکی از سیالات، عمدتا در بازه نانولیتر تا میکرولیتر سروکار دارند. به جهت اینکه یک سیستم را میکروفلویدیکی درنظر بگیریم، حداقل یکی از ابعاد کانال باید در محدوده ی حدود ۱ تا ۱۰۰۰ میکرومتر باشد. میکروفلویدیک را میتوان هم به عنوان یک علم (مطالعه ی رفتار مایعات در میکروکانال ها) و هم به عنوان یک فناوری (ساخت دستگاه های میکروفلویدیکی برای انجام تست های آزمایشگاهی روی تراشه) درنظر گرفت. سیالات در مقیاس میکرومتری رفتاری بطورکامل متفاوت از آن چه در زندگی شاهد آن هستیم، از خود نشان می دهند؛ بعنوان مثال، در این ابعاد، اثر چسبندگی داخلی سیال بر نیروی اینرسی غالب می شود و جریان ها بجای تلاطم، به شکل آرام (لامینار) حرکت می کنند. هم چنین، مخلوط کردن سیالات کاری دشوار می شود و تنها پدیده ای که می تواند در این ابعاد مایعات را با هم ترکیب کند، انتشار مولکولی است. درنتیجه، دو جریان مایع می توانند برای چندین دقیقه در کنار هم حرکت کنند بدون آنکه بطورکامل با هم مخلوط شوند. این امکان ایجاد محیط های چندگانه در یک کانال را فراهم می آورد. به این فکر کنید که با این فناوری، یک صفحه کوچک می تواند جایگزین لابراتوار کاملی شود.
چیپ های میکروفلویدیک صفحات کوچکی هستند که درون آنها شبکه ای از کانال های خیلی ریز قرار دارد. این کانال ها معمولا روی موادی مانند شیشه، سیلیکون یا پلیمر قالب گیری شده اند. این میکروکانال ها به هم متصل شده اند تا برای مواد داخل خود (مایعات و گازها) خاصیت هایی مانند مخلوط کردن، پمپاژ، مرتب سازی یا کنترل محیط بیوشیمیایی را فراهم آورند. این شبکه ی میکروکانال ها که درون تراشه به دام افتاده اند، از راه ورودی ها و خروجی هایی که در تراشه تعبیه شده اند، به بیرون متصل می شود و پلی بین جهان ماکرو و میکرو ایجاد می کنند. مایعات و گازها از راه همین ورودی ها به چیپ وارد، بررسی و خارج می شوند؛ مانند دستگاه x-ray در ورودی فرودگاه که محلی برای ورود نمونه ها یا سیالات، سپس بررسی و خروج آنها را فراهم می آورد. البته در میکروفلویدیک جداسازی بر مبنای برهم کنش های سطحی و خاصیت های فیزیکی است نه تصویربرداری.
امروزه این مورد اعجاب آور و کاربردهای آن در پزشکی و زیست شناسی توسط پژوهشگران پیگیری می شود. تشخیص سرطان یکی از این کاربردهاست. سرطان نامی است که حداقل هر کدام از ما یک دفعه آنرا شنیده ایم و حتی امکان دارد بیمار یا بیمارانی دچار سرطان هم بشناسیم. این بیماری وضعیتی است که از تقسیم کنترل نشده سلول ها ایجاد می شود و اگر سلول های سرطانی از توده اصلی خود جدا شوند و به جریان خون یا سیستم لنفاوی وارد شوند، متاستاز رخ می دهد. این در شرایطی است که درمان بیشتر سرطان های متاستاتیک امکان ندارد. برای درک اهمیت و بررسی فرآیندهای عامل متاستاز و راهکارهای درمانی آن، بهتر است اشاره نماییم که متاستاز عامل اصلی مرگ ومیر در بیماران سرطانی است و بخش عمده ای (بیش از ۹۰٪ در بعضی آمارها) از مرگ های ناشی از سرطان به آن نسبت داده می شود. با دانستن این مقدمه، اگر بتوانیم با استفاده از تراشه های میکروفلویدیک، اثر سرطان در خون را شناسایی نماییم، می توانیم استراتژی های درمانی دقیق تر و مناسب تری را برای بیماران پیاده نماییم.
مجرمان فراری در خون
CTC ها سلول های مشتق از تومور هستند که در خون بیماران سرطانی یافت می شوند و احیانا منشا بیماری متاستاتیک غیرقابل درمان هستند. اثر سرطان در خون هم با کمک سلول های توموری در گردش یا CTCs قابل ردیابی است. همین طور تمامی تومورهای متاستاتیک ریشه در CTCها دارند، چونکه سلول های سرطانی برای رسیدن به سایر نقاط بدن باید ابتدا وارد جریان خون شوند. CTCها همین طور می توانند به تشخیص بهتر، بررسی پاسخ به درمان و حتی توسعه روشهای درمانی جدید کمک کنند بنابراین ابزار مهمی در پژوهش های سرطان محسوب می شوند. آنها به عنوان بیومارکرهای کلیدی در تومورهای جامد شناخته شده اند و حضور آنها در خون می تواند اطلاعات ارزشمندی درباره ی پیشرفت سرطان و پاسخ به درمان عرضه نماید و در پیش بینی برگشت بیماری، متاستاز و مقاومت به درمان هم موثرند.
این سلول های متاستازی مثل مجرمانی هستند که می خواهند از راه خون بین نقاط مختلف بدن جابه جا شوند؛ گویی با ورود به یک فرودگاه، قصد فرار از منطقه را دارند. حال اگر بازرسان نتوانند سلول متاستازی را تشخیص بدهند، مجرم فرار می کند و با حضور خود، نقطه دیگری را هم آلوده می کند؛ اما اگر بتوانیم او را دستگیر نماییم به اطلاعات خیلی زیادی دست پیدا می نماییم که در جلوگیری از جرم های دیگر هم موثرند. آیا می توانیم دستگاهی با کاربرد X-ray موجود در فرودگاه ها بسازیم که با انجام بازرسی، سلول های متاستازی را بیابد؟
کمیاب اما تاثیرگذار
جداسازی CTCها چالش برانگیز است چونکه خیلی نادر هستند، به صورتی که بسته به نوع و مرحله سرطان و روش جداسازی امکان دارد تنها حدود یک CTC در بین ده میلیون گلبول سفید در هر میلی لیتر خون یافت شود. روشهای موجود برای جداسازی CTCها هم بسته به پلت فرم و مارکری که به کار می برند، بازده و خلوص پایین و حساسیت کمی دارند. اگر روشهای پیشین ایراداتی دارند پس باید در ساختار بازرسی مان تجدید نظر نماییم. یکی از این پژوهشگران برجسته در حوزه تراشه های میکروفلویدیک، مهمت تونر است؛ دانشمندی که از این چیپ ها برای به دام انداختن و بررسی سلول های متاستاز سرطانی استفاده می نماید. ایده پردازی تونر و همکارانش با کمک زیست شناسی و فناوری چیپ های میکروفلویدیک منجربه طراحی نوعی چیپ میکروفلویدیک به نام CTC-chip شده است. تعداد CTCهای جداشده توسط این چیپ در مطالعات مختلف از چند سلول تا صدها سلول در هر میلی لیتر گزارش شده و خلوص آن نسبت به فناوری های پیشین بهبود قابل توجهی داشته است.
در این تکنیک، تونر برای بازرسی از یک خاصیت متفاوت سلول های سرطانی نسبت به سلول های خونی بهره برده است. این ویژگی، بیان بیش از اندازه ژن EpCAM در کارسینوم های ریه، روده بزرگ، سینه، پروستات، سر و گردن و کبد بوده که در سلول های خونی وجود ندارد و بدین سبب خاصیت جذب CTC را فراهم می آورد. کارسینوم شایع ترین نوع سرطان است و بخش عمده سرطان در بزرگسالان را به خود اختصاص می دهد. این نوع سرطان در بافت اپیتلیال شکل می گیرد، یعنی همان بافتی که اندام ها، گذرگاه های داخلی بدن و پوست را پوشش می دهد.
قفل و کلید مولکولی
ژن EpCAM دستورالعمل هایی برای ساخت پروتئینی به نام مولکول چسبندگی سلولی اپیتلیال ([۱]EpCAM)را در بر دارد. این پروتئین در سلول های اپیتلیال یافت می شود. پروتئین EpCAM در غشای اطراف سلول های اپیتلیال قرار دارد و به چسبیدن سلول ها به یکدیگر (چسبندگی سلولی) کمک می نماید. EpCAM به شکل گسترده و مکرر در خیلی از کارسینوم ها بیان می شود، اما شدت و فراوانی آن ناهمگون و وابسته به نوع و مرحله بیماری است. با داشتن خاصیت های این چنینی، این پروتئین پتانسیل بالایی به عنوان نشانگر برای پیش آگهی و درمان در سرطان ها و طی پیشرفت سرطان و تشکیل متاستاز دارد. درواقع، EpCAM آنتی ژن سطحی این سلول ها نامیده می شود؛ اگر بتوانیم مولکولی مکمل آن پیدا نماییم (به نام آنتی بادی) که از نظر هندسه و خاصیت های شیمیایی با آنتی ژن مکمل باشد، برهمکنش اختصاصی (برهمکنش آنتی ژن آنتی بادی) میان آنها رخ می دهد و شناسایی آنتی ژنها میسر می شود. بطور معمول مثال قفل و کلید برای واکنش آنتی ژن و آنتی بادی به کار می رود که نشان میدهد این واکنش خیلی اختصاصی است؛ درست مانند قفل و کلید، هر کلید فقط برای یک قفل خاص به کار می رود.
این نظریه زیستی توسط تونر و همکارانش به شیوه نوآورانه ای مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از آنتی بادی ضد EpCAM در چیپ ساخته شده توانست با موفقیت CTCها را در خون بیماران دچار سرطان متاستاتیک ریه، پروستات، پانکراس، سینه و روده بزرگ در بخش قابل توجهی از نمونه های بیماران شناسایی کند. این چیپ در پایش پاسخ به درمان سرطان هم اهمیت دارد. تغییرات زمانی در تعداد CTCها بطور منطقی با سیر بالینی بیماری در بیماران تحت درمان انسجام داشت که نشان دهنده پتانسیل CTC-chip برای این هدف است.
امروزه با پیشرفت فناوری های در ارتباط با CTC، امکان بررسی خاصیت های فنوتیپی سرطان و احتمال پاسخ دهی آنها به درمان وجود دارد. از آنجائیکه CTCs دارای ژنوم توموری هستند، جداسازی سلول های زنده CTC در حین درمان به بررسی پروفایل جهشی مقاومت دارویی[۲](مجموعه ای از جهش های ژنتیکی در سلول های سرطانی است که موجب می شود این سلول ها در مقابل داروهای ضد سرطان مقاوم شوند) کمک می نماید. این امر به دانشمندان امکان می دهد تا راه های جدیدی برای مواجهه با مقاومت سرطان در مقابل درمان پیدا کنند. شناسایی، توصیف و تحلیل مولکولی CTCها بیوپسی مایع (روشی غیرتهاجمی است که امکان بررسی سرطان از راه خون را فراهم می کند) را به سطح جدیدی ارتقاء می دهد، تا بتواند نیازهای پزشکی قرن بیست ویکم را برآورده کند. این موارد تنها جزئی از اهمیت جداسازی CTCهای زنده از خون است. پژوهشهای تونر و همکارانش دستیافته های برجسته ای دراین خصوص ارایه کرده اند. امکان دارد برای پیشرفت علم گاهی فقط احتیاج به نگاه متفاوتی داشته باشیم! شاید در دل همین ابزارهای روزمره، جرقه ای از نوآوری های پزشکی و زیست شناسی نهفته باشد که مسیر آینده را روشن تر کند.
منبع: smartcover.ir
مطلب اسمارت کاور را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب