درمان بيماری با فناوری نانو
فاطمه ملايی کندلوسی ، دبير زيست شناسی شهرستان نوشهر
چکيده
بيوتكنولوژي همانند زيست شناسي، ژنتيك يا مهندسي بيوشيمي يك علم پايه يا كاربردي نيست كه بتوان محدوده و قلمرو آنرا بسادگي تعريف كرد. بيوتكنولوژي شامل حوزهاي مشترك از علوم مختلف است كه در اثر همپوشاني و تلاقي اين علوم بايكديگر بوجود آمده است. بيوتكنولوژي معادل زيست شناسي مولكولي، مهندسي ژنتيك، مهندسي شيمي يا هيچ يك از علوم سنتي و مدرن موجود نيست؛ بلكه پيوند ميان اين علوم در جهت تحقق بخشيدن به توليد بهينه يك محصول حياتي (زيستي) يا انجام يك فرآيند زيستي بروشهاي نوين و دقيق با كارآئي بسيار بالا ميباشد. بيوتكنولوژي را ميتوان به درختي شبيه كرد كه ريشههاي تناور آنرا علومي بعضاً با قدمت زياد مانند زيست شناسي بويژه زيست شناسي مولكولي، ژنتيك، ميكروبيولوژي، بيوشيمي، ايمونولوژي، شيمي، مهندسي شيمي، مهندسي بيوشيمي، گياهشناسي، جانورشناسي، داروسازي، كامپيوتر و... تشكيل ميدهند ليكن شاخههاي اين درخت كه كم و بيش به تازگي روئيدن گرفتهاند و هرلحظه با رشد خود شاخههاي فرعي بيشتري را بهوجود ميآورند بسيار متعدد و متنوع بوده كه فهرست كردن كامل آنها در اين نوشته را ناممكن ميسازد.كاربرد بيوتكنولوژي در پزشكي به وسعت علم پزشكي بوده و حتي اين علم با سرعت روزافزون بر وسعت و دامنه علم پزشكي ميافزايد.
امروزه بكمك بيوتكنولوژي، علم پزشكي درحال شناخت ريشهايترين بخش از حيات و مظاهر آن ميباشد. با كشف كامل توالي ژنوم انسان در سال 2001 هماكنون دانشمندان بيوتكنولوژيست بدنبال شناسائي ژنهاي مسئول صفتهاي مختلف و نيز ژنهاي مسئول نقائص گوناگون انساني ميباشند. تا بهحال ژنهاي مسئول ايجاد بيماريهاي بسياري شامل سرطانها، بيماريهاي قلبي عروقي، تنفسي، رواني و... شناسائي شدهاند. با شناسائي تكتك اين ژنها و سپس شناسائي پروتئينهاي حاصله از اين ژنها داروهاي كاملاً انتخابي و مؤثر براي مقابله با يك بيماري ساخته ميشوند (tailor made) اين مبارزه در سطح پروتئين و فنوتيپ است راه ديگر مبارزه استفاده از ژندرماني و Antisence است. بيماريهاي ژنتيكي بسياري درحال حاضر بعنوان كانديد براي ژندرماني درنظر گرفته شدهاند.
مقدمه
بيوتكنولوژي ريشه در تاريخ دارد و تكوين آن از سالهاي بسيار دور آغاز شده تابحال ادامه يافته است.
در تقسيمبندي زماني ميتوان سهدوره براي تكامل بيوتكنولوژي قائل شد.
1) دورة تاريخي كه بشر با استفاده ناخودآگاه از فرآيندهاي زيستي به توليد محصولات تخميري مانند نان، مشروبات الكلي، لبنيات ترشيجات و سركه و غيره ميپرداخت. در شش هزار سال قبل از ميلاد مسيح، سومريان و بابليها از مخمرها در مشروبسازي استفاده كردند. مصريها در چهار هزار سال قبل با كمك مخمر و خمير مايه نان ميپختند. در اين دوران فرآيندهاي ساده و اوليه بيوتكنولوژي و بويژه تخمير توسط انسان بكار گرفته ميشد.
2) دوره اوليه قرن حاضر كه با استفاده آگاهانه از تكنيكهاي تخمير و كشت ميكروارگانيسمها در محيطهاي مناسب و متعاقباً استفاده از فرمانتورها در توليد آنتيبيوتيكها، آنزيمها، اجراء مواد غذائي، مواد شيميائي آلي و ساير تركيبات، بشر به گسترش اين علم مبادرت ورزيد. در آن دوره اين بخش از علم نام ميكروبيولوژي صنعتي بخود گرفت و هماكنون نيز روند استفاده از اين فرآيندها در زندگي انسان ادامه دارد. ليكن پيشبيني ميشود به تدريج با استفاده از تكنيكهاي بيوتكنولوژي نوين بسياري از فرآيندهاي فوق نيز تحت تأثير قرار گرفته و بهسمت بهبودي و كارآمدي بيشتر تغيير پيدا كنند.
3) دوره نوين بيوتكنولوژي كه با كمك علم ژنتيك درحال ايجاد تحول در زندگي بشر است. بيوتكنولوژي نوين مدتي است كه روبه توسعه گذاشته و روز بروز دامنه وسعت بيشتري به خود ميگيرد.
اين دوره زماني از سال 1976 با انتقال ژنهائي از يك ميكروارگانيسم به ميكروارگانيسم ديگر آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآيندهاي بيوتكنولوژي از خصوصيات طبيعي و ذاتي (ميكرو) ارگانيسمها استفاده ميگردند ليكن در اثر پيشرفت در زيستشناسي مولكولي و ژنتيك و شناخت عميقتراجزاء ومكانيسمهاي سلولي ومولكولي متخصصين علومزيستيتوانستند تا به اصلاح و تغيير خصوصيات (ميكرو) ارگانيسمها بپردازند و(ميكرو) ارگانيسمهائي باخصوصيات كاملاً جديد بوجود آوردند تا با استفاده از آنها بتوان تركيبات جديد را بامقادير بسيار بيشتر و كارائي بالاتر توليد نمود.
|
درمان بيماري ها با کمک فناوري نانو |
|
|
آيا فيلم علمي تخيلي سفر "اعجاب انگيز" ، محصول 1966 ، به کارگرداني ريچارد فليشر را تماشا کرده ايد؟ اين فيلم ماجراي يک تيم پزشکي است که سوار بر يک ماشين زيردريايي مانند شده و پس از کوچک شدن به داخل بدن تزريق ميشوند تا بتوانند عمل جراحي ويژه اي را با کمک ليزر بر روي مغز يک دانشمند به نام "جان بن" که مورد سوء قصد قرار گرفته است انجام دهند. اين فيلم به استفاده از جلوه هاي ويژه به گونه اي ساخته شد که بيندگان به خوبي خود را در محيط بدن انسان حس مي کردند و به شکلي واقع گرايانه با بدن و سيستم هاي آن آشنا مي شدند.
ايده ورود به درون بدن انسان و جستجوي عامل بيماري در بدن امري است که با کمک فناوري نانو ميتواند تحقق يابد. البته اين امر بدان معنا نيست که اين فناوري قادر خواهد بود تا انسان ها را کوچک کند اما مي تواند به ما کمک کند تا ذرات را به گونه اي تغيير شکل دهيم که در بدن حرکت کنند و با استفاده از مکانيسم هاي کنترلي به سمت مقصد هدايت شوند. اين درست مانند اين است که خودمان به هدف نزديک تر مي شويم.
اکثر داروهاي خوراکي يا تزريقي به که براي درمان بيماريهاي مختلف تجويز مي شوند براي اثرگذاري بايد در بدن پخش شوند تا در نهايت از طريق جريان خون به مقصد و مکان بيماري برسند. اين روش درمان، روش چندان مناسبي نيست چرا که در مدت زمان رسيدن دارو به مقصد بافت ها و دستگاه هاي مختلف بدن نيز در معرض تماس با دارو قرار مي گيرند و کم و بيش صدمه مي بينند اين وضعيت به ويژه در مورد داروهاي ضدسرطان شديدتر است به گونه اي که اين داروها به علت ترکيبات شيميايي و سمي خود سبب بروز مشکلات ديگري مانندريزش مو براي بيماران مي شوند.
شرکت هاي داروسازي در سراسر دنيا در تلاشند تا با کمک فناوري نانو و ساخت داروهايي که به صورت هدفمند و کنترل شده تنها در مکان مورد نظر آزاد مي شوند اين مشکل را مرتفع سازند. در اين روش دارو در محوطه مخصوصي قرار مي گيرد تا در بدن پخش نشود. سپس با استفاده از تکنيک هاي ويژه فرايندي شکل داده مي شود که تنها دارو در مکان مورد نياز تجمع کند و در آن مکان بر اثر يک سري از فعل و انفعالات آزاد شود.
امروزه از اين تکنيک براي بيماران سرطاني و ديابتي استفاده شده است که اميد مي رود در چند سال آينده با تلاش شرکت هاي داروسازي و با طي مراحل مختلف ثبت و کسب مجوز به شکلي گسترده مورد استفاده قرار گيرد. |
|
|
|
به جز پيشرفتهايي كه در علم پزشكي مدرن، در قرن اخير صورت گرفت، پزشكي جديدتري ظهور کرده است که بيش از اينكه يک علم باشد، يك هنر وابسته به ابزار است. در پنجاه سال اخير، دانش پزشكي بررسي بيماريها را در ابعاد مولكولي به پيش برده است. از ديدگاه مولكولي، پزشكي مدرن هنوز در ابتداي راه خود قرار دارد. مثلاً امروزه از داروهايي استفاده ميکنيم كه شامل ساختار محدودي از مولكولها هستند. اين ملکولها براي درمان يک بيماري خاص به کار ميروند. به كمك نانوپزشكي، محصولات دارويي ميتوانند مثل ماشينهاي هوشمند برنامهريزي شوند. آنها به حسگرهايي مجهزند که ميتوانند قدرت تصميمگيري و تأثيرپذيري از محيط را براي ماشين فراهم کنند. اين ماشينها ميتوانند جلو عوارض جانبي و واكنشهاي حساسيتزا را بگيرند. داروهاي جديد خود را با بدن سازگار ميكنند و تنها با رسيدن به مقصد نهايي عمل اختصاصي خود را (که در واقع همان درمان است) انجام ميدهند. آنها ميتوانند قبل از فعال شدن دارو از آزاد شدن مقدار بيشتر از حد آن جلوگيري كنند و مانع بروز مسموميت شوند.
نانوپزشكي چيست؟
درمان و پيشگيري بيماريها از قابليتهاي خوب فناوري نانو به شمار ميرود. اين فناوري با استفاده از نانوابزارها و نانوساختارهاي مهندسيشده، اعمالِ ساخت، كنترل، ديدن و ترميم سيستم زيستي انسان در مقياس مولكولي را انجام ميدهد. ابزارهاي بسيار ابتدايي نانوپزشكي ميتوانند براي شناسايي بيماري و توزيع دارو، و همچنين توزيع هورمون در بيماريهاي مزمن و نقصهاي سيستم بدن به کار روند. ابزارهاي بسيار پيشرفتهتر، از قبيل نانوروباتها هستند که به عنوان جراحان کوچک داخل بدن عمل ميکنند. (نانوروباتها، روباتهايي هستند که اندازهي آنها در حد نانومتر باشد.)
نانوروباتها، جراحان کوچک داخل بدن
چنين ماشينهايي ميتوانند با ورود به داخل سلولها ساختار آسيبديدة آنها را تغيير دهند و درصدد تعمير آنها برآيند. آنها قادرند خود را تكثير كنند يا نواقص ژنتيكي را با جابهجا كردن يا دستكاري مولكولهاي DNA برطرف سازند.( (DNA مادهي اصلي سازندة موجودات زنده و وارث ژنتيكي موجود زنده شناخته ميشود.
ساختار ملکول DNA
توانمندي هاي نانوپزشكي
دانشمندان معتقدند با پيشرفتهايي كه در مهندسي ژنتيك، فناوري نانو و پزشكي ايجاد شده و درك عميقي كه از اعمال سلولي حاصل گرديده است، ميتوان ماشينهاي ميكروسكوپي نيرومند و متخصص را براي مبارزه با بيماريها طراحي كرد و توسط آنها در ابعاد سلولي به تعميرات فيزيولوژيكي پرداخت.
کنترل رگ هاي بدن با استفاده از نانوروبات هاي هوشمند
در تشخيص بيماريها نميتوان به نتايج آزمونهاي آزمايشگاهي و تاريخچهي بيماري متكي بود. اما با جا دادن نقشهي ژنتيكي انواع عوامل بيماريزا در بانك اطلاعاتي نانوروبات، ميتوان حملات باكتريايي را نابود كرد. بدين ترتيب، با انجام عمليات ترميميِ قابل برنامهريزي براي اصلاح بيماريهاي سلولي ناشي از افزايش سن، جلوگيري از پيري و درمان آن به يك واقعيت علمي تبديل ميشود.
محققان قادرند با حركت دادن مولكولها، موتورهايي در ابعاد نانو بسازند.
اولين شركت تخصصي نانوتكنولوژي، شرکت Zyvex (http://www.zyvex.com/nano) است كه در سال 1997 با هدف ساخت ابزارهاي كليديِ ايجاد فناوري نانومولكولي آغاز به كاركرد. محصولات اين شرکت، با تلاش گستردهي گروههاي مختلف تا ده سال آينده قابل استفاده خواهد شد؛ اگرچه ممكن است اين پيشرفت، بعد از تجاري شدن نانوروباتهاي پزشكي صورت بگيرد.
مثالهايي از کاربرد نانوفناوري در پزشکي
1. هدفگيري و ارسال دارو به نقاط غير قابل دسترس بدن با تجهيزات نانومتري
http://www.geocities.com/baskarc/cbscience/2004/june2004.htm
دارورساني به سلولها
2. توليد بافتهاي مصنوعي سازگار با بدن
http://www.nano.umn.edu/omni/research/sub9.html
3. توليد سيستمهاي هوشمند براي شناسايي بيماريهاي در حال ايجاد در بدن
http://www.nanomedicine.com/NMIIA.htm
تصاوير خيالي از نانوروباتهاي هوشمند
4. درمان برخي از بيماريهاي صعبالعلاج مانند سرطان، ايدز و هپاتيت. نشانيهاي زير را ببينيد:
http://nano.cancer.gov/resource_center/cancer_nanotechnology_brochure.asp
http://www.investorideas.com/Companies/Nanotechnology/Articles/NanoLogix.asp
http://www.wsws.org/sections/category/news/health.shtml
http://www.brightsurf.com/news/aug_03/EDU_news_080603_d.php
5. مراقبت بهداشتي بهتر با استفاده از تجهيزات نانومتري در داخل بدن
http://nanotechwire.com/news.asp?nid=1220&ntid=130&pg=4
آيندهانديشي در مورد نانوپزشكي
مطمئناً رشتهي نانوپزشكي براي توسعه به چندين دهه زمان نياز دارد. شايد پيش از اينكه ما به تخيلمان اجازه دهيم تا آزادانه در مورد قولهاي دادهشده توسط نانوپزشکي خيالپردازي کند، بهتر است تواناييهايي را در نظر بگيريم كه حقيقتاً قابل اجرا هستند. وقتي به نحوة حل مسائل مختلف توجه كنيم، متوجه ميشويم بسياري از مسائلي كه امروزه دشوار به نظر ميآيند راحت خواهند شد. چه بسا مسائلي كه سادهتر جلوه ميكنند، اما سختتر از حد انتظار ظهور مييابند. زماني فلج، واگيردار و علاجناپذير بود و امروزه بهسادگي قابل پيشگيري است. سيفليس زماني انسان را تا حدّ ديوانگي و مرگ پيش ميبرد و اكنون با يك تزريق، خوب ميشود و به نظر ميرسد در آينده، قصة نانوفناوري در پزشكي، به قصة توسعة كنترل جراحي در ابعاد مولكولي تبديل شود.
به دنبال راهکارههاي جديد در پزشکي
|
|
|
نتيجه گيری
بيو تکنولوژی، شيوه ای که مولکولهای زيستی را به کار بندد، علمی تازه و نو نيست. بلکه انسان ها از هزاران سال گذشته آن را به کار بستند. تاريخ دقيقي برای مشخص کردن زمانی که انسان ها قادر به ساختن نان و ماست بودند وجود ندارد، اما امروزه چه چيز بيو- تکنولوژی را مهم و هيجان انگيز ساخته است؟ Genomics! علمی که بر هم کنش بين ژنها را مشخص می کند. تکنولوژيهای ژنوميک به ما توانايي رمزگشايي کدهای ژنتيکی را داده اند، توانی که ما را به درکی جديد در زيست شناسی می رساند. ما اکنون در درون يک انقلاب هستيم، انقلابی در علوم زيستي!
Genomics علمی است در مورد ژنوم، درباره اين که ژنها چگونه بر يکديگر اثر می گذارند. ژنوم از رشته های همانند يک متری DNA که در هر يک از سلول ها وجود دارد، از تقريبا 30000 ژن که بر روی آن قرار دارد، تشکيل شده است. در بهار سال 2003، اولين ژنوم کامل يک انسان منتشر شد، کتابی با ضخامت 200 دفتر راهنمای تلفن! اين کتاب، برای همه 6 ميليارد انسان روی زمين در %99.9 موارد مشابه خواهد بود، ولی تفاوتهای اندک آن باعث ايجاد تفاوتهای فردی منحصر به فرد آن خواهد شد. در آينده کتابخانه ای جهانی ساخته خواهد شدکه در بردارنده ی همه ی 6 ميليارد کتاب جمع آوري شده از هر گروه و زير گروهی خواهد بود. تفاوتها در اين کتاب که کمتر از 0.1% است به ما خواهد گفت چرا مستعد بيماري های فراوانی هستيم، چرا رفتاری متفاوت و گونه گون داريم و چرا متفاوت به نظر می رسيم؟ در بعضی موارد يک تفاوت کوچک در حرف G يک ژن خاص، که در همسايه ما C است می تواند آثار کاملا متفاوتی داشته باشد. موسسه سلامتی ملی (NIH)، 100 ميليون دلار برای تحقيقاتی که گوناگونی های ژنتيکی صدها نفر از مردم جمعيت های مختلف را مشخص می کند، اعطا کرده است. اين کمک هنگفت به دانشمندان در پيدا کردن ژنهای مرتبط با بيماريهای مختلف کمک شايانی خواهد کرد. وقتی تمام تلاشها به سمت مراحل ژنوميک است، علوم ديگر نيز اکنون به فرصت هايي برای توسعه يافتن در اين زمينه مي انديشند. اين امر در بردارنده ی علوم کامپيوتر، رياضيات، مهندسی الکترونيک و ... به منظور توليد ابزارهای جديد برای پاسخ دادن به پرسشها و نيازهای پزشکی اکولوژی و مهندسی محيط زيست است.
منابع
1)بانک مقالات فارسی –آشنايی با ژ نوميک
2)سايت بيوتکنولوژی
3)باشگاه نانو- مقدمه ای بر نانو پزشکی
4)باشگاه نانو _درمان بيماريها با کمک فناوری نانو