بلاگ

محققان یک بیوچیپ کوچک متشکل از بلوک های سیلیکونی ساخته اند که پتانسیل انجام غربالگری ژنتیکی سریع هزاران مولکول را دارد. طبق یک گزارش Science، این ابزار احتمالاً می تواند بیش از 160000 مولکول مجزا را در یک سانتی متر مربع از فضا شناسایی کند. این فناوری نوآورانه در طیف وسیعی از زمینه‌های پزشکی، از جمله تشخیص نشانگر پروتئین سرطان و تشخیص بالینی عفونت‌های تنفسی، کاربرد دارد.

توسعه این ابزار جدید برای تشخیص سرطان

اکثر سنسورهای آزمایش ژنتیکی به نظارت بر جذب نور یا انتشار از مولکول های هدفمندی که برای اتصال به ژن هدف طراحی شده اند، بستگی دارند.

این روش‌ها از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز برای تولید کپی‌های متعدد از هدف قبل از تلاش برای شناسایی آن استفاده می‌کنند که هزینه و مدت زمان آزمایش را افزایش می‌دهد.

علاوه بر این، سنسورهای غربالگری ژنتیکی قبلی قادر به شناسایی طیف گسترده‌ای از ترکیبات هدف نبودند و برای شناسایی توالی‌های هدف نیاز به برچسب‌گذاری نوری داشتند.

نویسندگان دانشگاه استنفورد در این مطالعه نوشتند: “ما یک پلت فرم غربالگری ژنتیکی بدون برچسب را بر اساس نانوآنتن های سیلیکونی فاکتور با کیفیت بالا (High-Q) که با قطعات اسید نوکلئیک فعال شده است، معرفی می کنیم.”

• دانشمندان نقشه ضربان قلب را ترسیم کردند

برای توسعه این ابزار و تشخیص سرطان، دانشمندان از یک فناوری تشخیص نوری بر اساس سطوح متاسطح ساخته شده از جعبه های کوچک سیلیکونی استفاده کردند. این آرایه های سیلیکونی کوچک تقریباً 500 نانومتر ارتفاع، 600 نانومتر طول و 160 نانومتر عرض دارند.

جعبه های سیلیکونی به لطف نانوآنتن ها می توانند نور مادون قرمز نزدیک را روی سطح بالایی خود متمرکز کنند.

این مطالعه توضیح داد: “این فراسطح ها از نانوآنتن‌های زیرموج تشکیل شده‌اند که به شدت نور را در میدان نزدیک محدود می‌کنند و در عین حال کنترل دقیقی بر پراکندگی میدان دور فراهم می‌کنند.”

طبق علم، این رویکرد به یک میکروسکوپ نوری اساسی اجازه می‌دهد تا تغییر طول موج نور ساطع شده از هر بلوک سیلیکونی را اندازه‌گیری کند، که بسته به مولکول‌های بالای جعبه‌ها متفاوت است.

برای آزمایش این ابزار، محققان 22 قطعه ژن تک رشته ای با طول نوکلئوتید را به جعبه های سیلیکونی متصل کردند و آرایه را در یک محلول بافر غوطه ور کردند. هنگامی که رشته های DNA مکمل به محلول معرفی شدند، آنها بلافاصله به رشته های متصل شده پیوستند و طول موج نور ساطع شده از سطح هر جعبه را تغییر دادند.

به گفته نویسنده، این ابزار به راحتی می تواند 4000 نسخه از ژن های هدف را در هر میکرولیتر شناسایی کند.

محققان موسسه ولکام سانگر و کالج امپریال لندن با موفقیت از سلولهای سیستم هدایت قلبی قلب (CCS) نقشه برداری کردند. نقشه ای که منجر به ترسیم نقشه ضربان قلب شده است.

آنها در مطالعه اخیر خود که به تازگی منتشر شده، ابزاری به نام Drug2cell نیز پیشنهاد کرده اند که می تواند تاثیر هر نوع درمان دارویی جدید را بر قلب انسان پیش بینی کند.

CCS شبکه پیچیده ای از ماهیچه ها، گره ها و سیگنالها در دیواره های قلب ما است که باعث تپش قلب ما میشود. محققان نه تنها CCS، بلکه در مجموع 75 نوع سلول را در هشت ناحیه قلب بررسی کردند.

دکتر جیمز کرانلی، یکی از محققین ارشد، گفت: “سیستم هدایت قلبی برای ضربان منظم و هماهنگ قلب ما حیاتی است. اما سلولهایی که آن را تشکیل میدهند به خوبی شناخته نشده اند.”
آنها ادعا می کنند که این اولین بار است که چنین نقشه برداری دقیقی از سلول های قلب انسان به دست آمده است. اطلاعات حاصل از مطالعه آنها می تواند درک ما از قلب را به شدت بهبود بخشد.

کرانلی اضافه کرد: “این مطالعه با تعریف نمایه های این سلولها (CCS) و همچنین سوله های چند سلولی که در آنها زندگی میکنند، مفهوم جدیدی را روشن می کند. این درک عمیقتر، راه را برای درمان های ضد آریتمی بهتر و هدفمند در آینده باز میکند.”

نقشه ضربان قلب چه چیزی را نشان می دهد؟

مطالعه حاضر بخشی از برنامه Human Cell Atlas (HCA) است، یک ابتکار تحقیقاتی جهانی که هدف آن ترسیم کامل 37.2 تریلیون سلول تشکیل دهنده بدن انسان است. بیش از 2900 دانشمند در 94 کشور بر روی این پروژه جاه طلبانه کار می کنند.
روش های مختلفی برای نمایه سازی سلول هایی که اندام های مختلف بدن ما را تشکیل می دهند وجود دارد. یکی از این روش ها، رونویسی فضایی است که به دانشمندان اجازه میدهد تا رشتههای RNA داخل ژنوم یک سلول را بررسی کنند.

دکتر کرانلی و تیمش سلولهای قلب سالم و بیمار را مطالعه کردند و تفاوتها را در رونوشت های RNA مربوطه آنها ترسیم کردند. این تفاوت ها تغییرات مولکولی را که در طی زمانی که یک سلول سالم به یک سلول بیمار تبدیل می شود، نشان می دهد.

• مطالعات نشان میدهد که رژیم وگان 30 درصد برای کره زمین بهتر است

در اینجا برخی از یافته های کلیدی که توسط محققان فاش شده است:

• سلولهای گلیال که در مغز نیز یافت میشوند، توجه محدودی در قلب دریافت کرده اند. این مطالعه تعامل فیزیکی آنها را با سلول های CCS نشان میدهد که نقش حمایتی حیاتی را نشان میدهد. به طور خاص، به نظر می رسد سلول های گلیال با سلول های ضربان ساز ارتباط برقرار می کنند، پایانه های عصبی را به سمت آنها هدایت می کنند و به آزادسازی انتقال دهنده عصبی گلوتامات که ضربان قلب و برون ده قلبی را تغییر می دهد، کمک می کنند.
• برخی از سلول های ماهیچه ای در قلب بیمار، پپتید ناتریورتیک مغز (BNP) تولید میکنند، هورمونی که به عنوان یک نشانگر زیستی بالینی برای تشخیص نارسایی قلبی عمل میکند. محققان کشف کردند که حتی سلولهای سالم قلب نیز مقداری BNP تولید میکنند و با افزایش مستعد نارسایی قلب، تعداد این سلول ها افزایش مییابد.
• سیستم ایمنی بدن برای محافظت از قلب انسان در برابر تهدیدات داخلی و خارجی طراحی شده است. به عنوان مثال، سلولهای پلاسما که درست خارج از سطح قلب ما قرار دارند، آنتی بادی هایی را آزاد میکنند تا از قلب در برابر عفونت هایی که بر اندام های مجاور مانند ریه ها تأثیر میگذارند محافظت کنند.

متین آوکیران، مدیر بنیاد قلب بریتانیا و متخصص قلب و عروق مولکولی گفت: “این تحقیق با استفاده از فناوریهای پیشرفته، جزئیات پیچیده تری را در مورد سلولهایی که بخشهای تخصصی قلب انسان را تشکیل میدهند و نحوه ارتباط آن سلولها با یکدیگر ارائه میکند.
یافته های جدید در مورد سیستم هدایت الکتریکی قلب و تنظیم آن احتمالاً رویکردهای جدیدی را برای پیشگیری و درمان اختلالات ریتمی که میتواند عملکرد قلب را مختل کرده و حتی ممکن است تهدید کننده زندگی باشد، باز کند.”

اهمیت ابزار drug2cell

مؤسسه بیوانفورماتیک اروپایی یک «پایگاه داده به صورت دستی» (معروف به پایگاه داده ChEMBL) حاوی اطلاعات مربوط به میلیونها مولکول فعال زیستی است که رفتاری شبیه دارو را نشان میدهند.

محققان از این اطلاعات برای ایجاد ابزار drug2cell خود استفاده کردند که از پایگاه داده گسترده 19 میلیون تعامل دارو-هدف موجود در پایگاه داده ChEMBL EBI استفاده می کند. می تواند پیش بینی کند که یک داروی جدید چه سلول هایی را هدف قرار می دهد و چه عوارضی می تواند داشته باشد.

برخی از داروهایی که برای کاهش وزن یا برای درمان دیابت استفاده می شوند ضربان قلب را تندتر می کنند. حتی دانشمندان نمی دانند چرا این اتفاق می افتد، اما به لطف ابزار drugs2cell، محققان توانستند بیان سلول های ضربان قلب ساز را در برابر چنین داروهایی پیش بینی کنند.

مکانیسم فعالسازی و سرکوب ژنهای سلولهای ضربان ساز به ویژه در انسان مشخص نیست. این برای بهبود سلول درمانی برای تسهیل تولید سلول های ضربان ساز یا جلوگیری از شلیک بیش از حد خود به خود سلول ها مهم است.
دکتر کازوماسا کانمارو، نویسنده ارشد گفت: “با درک این سلولها در سطح ژنتیکی فردی، میتوانیم به طور بالقوه راههای جدیدی برای بهبود درمانهای قلب ایجاد کنیم.”

یک مطالعه جدید از دانشگاه توهوکو ژاپن نشان می دهد که مشکلات دندانی مانند عفونت لثه ممکن است باعث کوچک شدن هیپوکامپ، بخشی از مغز که حافظه و توانایی یادگیری شما را کنترل می کند، شود.

بنابراین اگر به خوبی از لثه ها و دندان های خود مراقبت نکنید، ممکن است در دوران میانسالی یا پیری به زوال عقل مبتلا شوید و حتی ممکن است از بیماری آلزایمر رنج ببرید.

محققان خاطرنشان می کنند: “این مطالعه با هدف روشن کردن ارتباط طولی بین تعداد دندانهای موجود (NTP) و آتروفی هیپوکامپ وابسته به شدت پریودنتیت (بیماری که به بافتهایی که دندانهای شما را نگه میدارد آسیب میرساند) در یک جمعیت میانسال و مسنتر انجام شد.”

این یافته ها بر اساس آزمایشی است که بیش از چهار سال ادامه داشت و 172 شرکت کننده با میانگین سنی 67 سال شرکت داشتند.

یافتن ارتباط بین سلامت دندان و عملکرد مغز

مطالعه ای که در سال 2021 منتشر شد، نشان داد که با افزایش سن، افراد مسن دندان های خود را از دست می دهند، خطر ابتلا به اختلالات شناختی مانند زوال عقل در آنها افزایش می یابد. مطالعه دیگری در سال 2022 که مدل های حیوانی را در نظر گرفت نیز اشاره کرد که از دست دادن دندان منجر به تخریب عصبی می شود.

بنابراین واضح است که تیم دانشگاه توهوکو اولین کسی نیست که ارتباط بین از دست دادن دندان و زوال عقل را برجسته می کند. با این حال، به لطف مطالعه فعلی، ما می دانیم که چگونه قسمت خاصی از مغز، یعنی هیپوکامپ، به دلیل بیماری های لثه مانند عفونت لثه و از دست دادن دندان تحت تاثیر قرار می گیرد.

محققان آزمایش جالبی را برای نشان دادن این ارتباط انجام دادند. آنها تعداد دندان ها، عمق پروب پریودنتال (پارامتری برای اندازه گیری بافت لثه که باید بین یک تا سه میلی متر باشد) و حجم هیپوکامپ 172 شرکت کننده قبل و بعد از چهار سال مقایسه کردند.

• اولین داروی رشد مجدد دندان وارد مرحله تست انسانی شد

همه این شرکت کنندگان قبل از شروع مطالعه تحت یک سری معاینات دندانی و مغزی قرار گرفتند و هیچ کدام زوال عقل نداشتند.

با این حال، پس از چهار سال، محققان متوجه شدند که برخی از شرکت کنندگان دچار عفونت لثه (خفیف) شده اند و برخی دیگر با بیماری های شدید لثه مواجه هستند. حجم هیپوکامپ نیز در هر دو دسته شرکت کننده کاهش یافت.

جالبتر این است که شرکت کنندگان با عفونت های خفیف اما دندانهای کمتر و افرادی که آسیب شدید لثه داشتند اما دندان های بیشتری داشتند، سریعترین کوچک شدن ناحیه هیپوکامپ چپ را تجربه کردند.

یافته ها حاکی از آن است که نگه داشتن دندان ها با بیماری شدید لثه با آتروفی مغز مرتبط است. کنترل پیشرفت بیماری لثه از طریق ویزیت های منظم دندانپزشکی بسیار مهم است و دندان های مبتلا به بیماری شدید لثه ممکن است نیاز به کشیدن و جایگزینی با دستگاه های مصنوعی مناسب داشته باشند.

از دست دادن یک دندان در شرکت کنندگان دسته خفیف، هیپوکامپ را به همان میزانی که به دلیل یک سال پیری ایجاد شده بود، کوچک کرد. از دست دادن مشابه منجر به کوچک شدن هیپوکامپ برابر با 1.3 سال پیری مغز در شرکت کنندگان با عفونت شدید لثه شد.

محققان همچنین پیشنهاد می کنند که اگرچه مطالعه آنها ارتباط احتمالی بین از دست دادن دندان و حجم هیپوکامپ را نشان می دهد، یافته های آنها باید بیشتر تأیید شود.

مطالعات آینده با گروه های بزرگ تری از مردم مورد نیاز است. آزمایش فعلی فقط شامل گروه کوچکی از مردم و آن هم از یک منطقه خاص از جهان بود.

ممکن است مدتی طول بکشد تا دانشمندان این یافته ها را ثابت کنند. اما اکنون یک دلیل محکم دیگر برای مراقبت از دندان های خود دارید. پس بیماری های دندان مانند عفونت لثه و پوسیدگی هایی که منجر به از دست دادن دندان می شود را جدی بگیرید.

یک تیم تحقیقاتی ژاپنی در حال پیشرفت در توسعه دارویی پیشگامانه است که ممکن است به افراد اجازه رشد دندان های جدید را بدهد و آزمایشات بالینی آن در جولای 2024 آغاز می شود.

داروی رشد مجدد دندان برای افرادی در نظر گرفته شده است که به دلیل عوامل مادرزادی فاقد مجموعه کامل دندان های بالغ هستند. این تیم قصد دارد آن را برای استفاده عمومی در سال 2030 آماده کند.

در آزمایش های قبلی روی حیوانات، این دارو باعث رشد دندانهای «نسل سوم» به دنبال دندان های شیری و سپس دندان های دائمی بزرگسالان شد.

کاتسو تاکاهاشی، محقق ارشد و رئیس بخش دندانپزشکی و جراحی دهان در بیمارستان موسسه تحقیقات پزشکی کیتانو در شهر اوزاکا گفت: “ایده رشد دندان های جدید رویای هر دندانپزشکی است. من از زمانی که دانشجوی کارشناسی ارشد بودم روی این کار کار می کردم. مطمئن بودم که می توانم آن را محقق کنم.”

آنودنشیا یک بیماری مادرزادی است که باعث رشد کمتر از یک مجموعه کامل دندان می شود که در حدود 1٪ از جمعیت وجود دارد.
تصور می شود که عوامل ژنتیکی علت اصلی یک دهم بیماران مبتلا به آنودنشیا است که فاقد شش یا بیشتر دندان هستند، وضعیتی که به عنوان الیگودنشیا طبقه بندی می شود.

این شرایط به نام آژنزیس دندان نیز شناخته می شود. افرادی که با آژنزیس دندان بزرگ می شوند از سنین جوانی با توانایی های اساسی مانند جویدن، بلعیدن و صحبت کردن دست و پنجه نرم می کنند که می تواند بر رشد آنها تأثیر منفی بگذارد.

تاکاهاشی پس از اتمام مدرک دندانپزشکی در سال 1991 به تحصیلات تکمیلی در رشته زیست شناسی مولکولی در دانشگاه کیوتو پرداخت. سپس در ایالات متحده تحصیل کرد.

تقریباً در آن زمان، تحقیقات در سراسر جهان برای تعیین دقیق ژنهایی آغاز شده بود که در صورت حذف شدن، باعث میشود موشهای اصلاح شده ژنتیکی دندانهای کمتری رشد کنند.
تاکاهاشی درباره افکار خود در آن زمان گفت: “تعداد دندانها از طریق جهش تنها یک ژن متفاوت بود. اگر ما آن را هدف تحقیق خود قرار دهیم، باید راهی برای تغییر تعداد دندانها (افراد دارند) وجود داشته باشد.”

توجه جهانی به رشد مجدد دندان

در حدود سال 2005 بود، زمانی که او پس از بازگشت به ژاپن در دانشگاه کیوتو بیشتر به این موضوع پرداخت، مسیر روشنی را برای ادامه تحقیقات خود دید.
محققان دریافتند موش هایی که فاقد ژن خاصی هستند، تعداد دندان هایشان افزایش یافته است. پروتئینی به نام USAG-1 که توسط این ژن سنتز شده است، رشد دندان ها را محدود می کند. به عبارت دیگر، مسدود کردن عملکرد آن پروتئین میتواند باعث رشد دندانهای بیشتری شود.

• داروی جدید برای درمان کچلی

تیم تحقیقاتی تاکاهاشی تمرکز خود را بر روی USAG-1 محدود کردند و یک داروی آنتی بادی خنثی کننده ایجاد کردند که می تواند عملکرد پروتئین را مسدود کند.
در آزمایشهایی در سال 2018، به موشهایی که تعداد دندانهایشان به طور مادرزادی کم بود، دارویی داده شد که منجر به بیرون آمدن دندانهای جدید شد.

نتایج تحقیقات در یک مقاله علمی ایالات متحده در سال 2021 منتشر شد و به عنوان آغاز اولین پزشکی بازسازی دندان در جهان توجه زیادی را به خود جلب کرد.

تاکاهاشی گفت: “اکنون کار برای آماده سازی دارو برای استفاده انسانی در حال انجام است. هنگامی که تایید شد که هیچ اثر بدی بر بدن انسان ندارد، برای درمان کودکان 2 تا 6 ساله که دارای آنودنشیا هستند، استفاده می شود. ما امیدواریم بتوانیم راه را برای استفاده بالینی این دارو هموار کنیم.”

پزشکی می تواند بازی را برای رشد مجدد دندان تغییر دهد

در صورت موفقیت آمیز بودن داروی رشد مجدد دندان برای بازسازی دندان ممکن است بازی را برای کل رشته دندانپزشکی تغییر دهد.
حیواناتی از جمله کوسه ها و برخی از گونه های خزنده می توانند به طور مداوم دندان های خود را رشد دهند. فرض بر این است که انسان ها در طول زندگی خود فقط دو دسته دندان رشد می کنند، اما در واقع، شواهدی وجود دارد که نشان می دهد ما برای مجموعه سوم نیز “جوانه” داریم.

حدود 1% از جمعیت عکس آنودنشیا را نشان می دهند: هیپردنشیا، یک بیماری مادرزادی که باعث افزایش تعداد دندان ها از حد طبیعی می شود.

بر اساس تحقیقات تیم تاکاهاشی، از هر سه مورد از این موارد، یک مورد به صورت رویش دسته سوم دندان ها ظاهر می شود. تاکاهاشی معتقد است که در بیشتر موارد، توانایی انسان برای رشد ست سوم به مرور زمان از بین رفت.

هنگامی که محققان این دارو را روی موش خرما ها استفاده کردند، هفتمین دندان جلویی اضافی را رشد دادند.
از آنجایی که دندانهای جدید بین دندانهای جلویی موجود رشد کردند و به یک شکل بودند، تصور میشود که این دارو باعث ایجاد دندانهای دسته سوم در حیوانات شده است.

زمانی که درمان دندانها به دلیل حفره های شدید یا فرسایش حفره های دندان که به پیوره معروف است، دیگر امکانپذیر نباشد، افراد آنها را از دست میدهند و باید به وسایل دندانپزشکی مانند پروتز متکی باشند.
تاکاهاشی گفت: “توانایی رشد دندان های نسل سوم می تواند آن را تغییر دهد. در هر صورت، ما امیدواریم زمانی را ببینیم که داروی رشد مجدد دندان در کنار پروتز و ایمپلنت گزینه سوم باشد.”