رشته علوم دامی

 

مقدمه

علوم دامی ، رشته ای که برای شهرنشینان خیلی جالب توجه نمی باشد برای کلان شهرهایی همانند تهران علوم انسانی نیز چنگی به دل نمی زند وای به حال علوم دامی اما به هر حال از شهرنشینان محصول وخمات مهندسان علوم دامی و بسیاری از افرادی که در عرصه تولید محصولات دامی تلاش می کنند بیشترین استفاده را می برند . رشته مهندسی علوم دامی، یکی از مهمترین رشته های کشاورزی است و به منظور تأمین نیروی انسانی متخصص و ماهر مورد نیاز بخش علوم دامی کشور، در جهت استفاده بهینه از امکانات موجود و بهره گیری از آخرین اطلاعات علمی در زمینه های متنوع پرورش دام و طیور و افزایش تولید کمی و کیفی پروتئین حیوانی، در مراکز آموزش عالی کشور ایجاد شده است.

1- مهندسی علوم دامی

1-1) تعریف و هدف

علوم دامی مجموعه علوم و فنونی است که در زمینه تغذیه و بهداشت، ژنتیک و اصلاح، فیزیولوژی و مدیریت و پرورش حیوانات اهلی و طیور مورد استفاده قرار می گیرد.
مراکز آموزش عالی کشور در 4 مقطع جداگانه علوم دامی دانشجو می پذیرند:
الف) کاردانی: شامل رشته های تکنولوژی تولیدات دامی، تکنولوژی پرورش طیور، تکنولوژی پرورش گاو و گاومیش، تکنولوژی پرورش زنبور عسل و تکنولوژی پرورش دام در مرتع.
ب) کارشناسی: شامل رشته های مهندسی علوم دامی، مهندسی تولیدات دامی، مهندسی پرورش گاو و گاومیش، مهندسی پرورش طیور.
ج) کارشناسی ارشد: شامل رشته های تغذیه دام، ژنتیک و اصلاح دام، دکترای فیزیولوژی دام.
د) دکترای تخصصی: شامل دکترای تغذیه دام، دکترای اصلاح دام، دکترای فیزیولوژی دام.
تربیت نیرو در مقطعهای کاردانی، کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکترای تخصصی در زمینه های مختلف علوم دامی به منظور تأمین نیروی متخصص مورد نیاز در واحدهای دامپروری، سازمانها و نهادهای تخصصی و برنامه ریزی، مراکز آموزشی در مقطعهای متوسطه و عالی، محقق و پژوهشگر در بخش کشاورزی و تربیت مجریان، مدیران و کارشناسان امور دام در بخشهای دولتی، تعاونی و خصوصی از جمله هدفهای این رشته تحصیلی است.

1-2) اهمیت و جایگاه در جامعه

تأمین پروتئین مورد نیاز کشور همواره از عمده مشکلات اقتصادی و در عین حال پرهزینه بوده است. در شرایط فعلی نیازهای غذایی انسان یا از طریق تولیدات گیاهی تأمین می گردد و یا از طریق تولیدات دامی. تولیدات دامی بهترین منبع تأمین پروتئین مورد نیاز جوامع بشری است. اهمیت این امر باعث گردیده است که امروزه در کشورهای پیشرو جهان شاهد پیشرفتهای شگرف تکنیکی در تأمین منابع پروتئین باشیم. با توجه به موارد فوق نیاز و جایگاه رشته علوم دامی در جامعه مشخص می گردد. 

صنعت و بازارکار

تواناییهای لازم برای داوطلبان این رشته و ادامه تحصیل در آن
داوطلب باید از روحیه کار در محیطهای کشاورزی و روستایی، کار در کنار حیوانات و گیاهان و همچنین از قدرت جسمی لازم، برخوردار باشد و در درسهای علوم پایه مخصوصاً زیست شناسی قوی باشد.

تواناییهای فارغ التحصیلان

دانش آموختگان رشته علوم دامی در مقطعهای تحصیلی مختلف، می توانند در موارد مختلف، ایفای وظیفه کنند که به طور مختصر به شرح زیر است:

الف) کاردانی:

• اداره امور واحدهای پرورش دام، طیور و زنبور عسل.
• کمک به کارشناسان در تدوین و اجرای برنامه های مدیریت پرورشی، بهداشت، تغذیه، اصلاح، تولید مثل و ...، دام و طیور.
• همکاری در اجرای طرحها و استفاده بهینه از امکانات موجود.

ب: کارشناسی:

• مدیریت واحدهای تولیدی دولتی، تعاونی و خصوصی دامپروری.
• کارشناسی مختصص برنامه ریزی در زمینه های مختلف علوم دامی در سازمانهایی چون وزارت کشاورزی، جهادسازندگی و غیره.
• تدریس در هنرستانهای کشاورزی و کارشناسی امور آموزشی و تحقیقاتی در مراکز آموزش عالی، تحقیقاتی و مشاوره ای.

ج) کارشناسی ارشد

• تدریس درسهای علوم دامی در آموزشکده ها و دانشکده های کشاورزی.
• تحقیق در زمینه های مختلف امور دام و طیور.
• برنامه ریزی و هدایت امور اجرایی و تخصصی در زمینه های مختلف علوم دامی.

د) دکترای تخصصی:

• تدریس و پژوهش در مراکز آموزش عالی و پژوهشی کشور - قبول مسوولیتهای مهم اجرایی و مشاوره ای در امر برنامه ریزی، انتقال فن آوری و افزایش توان تولیدی بخش علوم دامی کشور.
• کمک در توسعه مرزهای دانش و فنون پیشرفته در رشته های مختلف علوم دامی

 

 

http://www.ut.ac.ir/fa/contents/Education/Aggriculture/پردیس.کشاورزی‌.ومنابع.طبیعی.html

 

http://www.ut.ac.ir/fa

پروتيوميكس

پروتيوميكس از جمله تكنيكهاي جديد مهندسي ژنتيك ميباشد كه چشم انداز كاربردهاي وسيع آن در شاخههاي مختلف علمي و فني از جمله، پزشكي، داروسازي، كشاورزي و غيره روشن است. اين شيوة نوين، نويدبخش آتيهاي درخشان در حيطة علوم زيستي بخصوص بيوتكنولوژي است و بنظر ميرسد پس از ژنوميكس، راهگشاي جنبههاي ناشناختهاي از علوم باشد. مطلب زير كه از سايت
انتخاب وترجمه شده است، به اين موضوع پرداخته است:
پروتيوميكس عبارت است از مطالعه و تعيين خصوصيات همه پروتئينهاي موجود در بدن انسان يا ساير سازوارهها (ارگانيزمها). اين درحالي است كه ژنوميكس عبارت است از مطالعه و تعيين خصوصيات همه ژنهاي يك موجود زنده. بنابراين پروتيوميكس مرحلة پس از ژنوميكس بهشمار ميرود. سوال اين جا است كه ارتباط پروتيوميكس و ژنوميكس چيست و چگونه مي­توان از آنها در مطالعات زيستي بهره جست؟
ژنها سطح نهايي كنترل را براي همه خصوصيات قابل تشخيص و فرايندهاي متابوليكي موجودات زنده معين ميكنند. با اين وجود ژنها بهخودي خود قابل استفاده نيستند. آنها شبيه قطعات يك خودرو و يا قطعات چوبي براي بنا كردن يك خانه هستند كه تنها در صورت اتصال صحيح به يكديگر ميتوانند نمايانگر يك ماشين يا يك خانه باشند.
بنابراين وقتي صحبت از ژن به ميان ميآيد، تشخيص پروتئين به عنوان فرآورده نهايي يك ژن نيز اهميت پيدا ميكند. در سادهترين شكل، ژن را مي­توان ساختاري دانست كه چگونگي ساخت يك پروتئين خاص را ديكته ميكند. همانطور كه به كمك حروف موجود روي صفحه كليد ماشين تايپ ميتوان آنها را به شكلهاي مختلف در كنار هم قرار داد تا يك لغت، جمله و پاراگراف ساخته شود، حروف مولكولي الفباي ژنتيك را نيز ميتوان به اشكال مختلف و نامحدود در كنار يكديگر قرار داد تا ژنهاي مختلف ساخته شوند. در اين صورت هر ژن ساختار لازم براي خلق يك پروتئين متفاوت را فراهم ميكند. ما ميتوانيم پروتئينها را به دو دسته پروتئينهاي ساختماني(StructuralProteins) و پروتئين­هاي عملگر(FunctionalProteins) تقسيمبندي كنيم. پروتئينهاي ساختماني شكل واقعي بدن موجودات زنده را ميسازند. به عبارت ديگر اين پروتئينها به عنوان بخشي از پوست، استخوان و ماهيچههاي بدن هستند. همچنين در سطوح مولكولي، اين پروتئينها سازنده گيرندههاي سطحي(SurfaceReceptor) هستند كه سلول را قادر ميسازند نسبت به هورمونها و محركهاي عصبي واكنش نشان دهد. پروتئينهاي عملگر كه به نام آنزيم شناخته ميشوند، كنترل كننده كليه واكنشهاي شيميايي هستند كه فرآيندهاي متابوليك لازم براي حيات موجود زنده را هدايت ميكنند.
به منظور درك كليه فرايندهاي پيچيده كه در بدن موجودات زنده اتفاق ميافتد، ما نياز به دانستن ژنوميكس داريم؛ بدينترتيب خواهيم توانست مباني ژنتيك موجودات زنده را بطور كامل درك كنيم. اما براي آنكه قادر باشيم نقايص ژنتيكي و اشتباهات مولكولي را درمان كنيم، نياز به دانستن پروتيوميكس داريم؛ بدينترتيب ما درك كاملي از فراوردههاي پروتئيني ژنها را به دست خواهيم آورد. با ساخت يك دارو كه بر روي يك پروتئين خاص ايجاد كننده يك بيماري عمل ميكند، ممكن است بتوانيم به جاي حذف اثرات جانبي آن بيماري به درمان واقعي آن دست يابيم.
مطالعه پروتيوميكس انسان اميد دستيابي به داروهاي اثربخش جديدي را برانگيخته است. به عنوان مثال ممكن است بتوان سرطان را بدون بر جاي گذاشتن اثرات جانبي مضر كه معمولاً در نتيجه شيمي درماني بروز ميكنند، درمان كرد. مطالعه پروتيوميكس باكتريها نيز دانشمندان را قادر ميسازد تا آنتيبيوتيكهاي جديدي را توليد نمايند كه مشكل مقاوم شدن باكتريها را نداشته باشند. پروتيوميكس انقلاب بزرگي است كه علم پزشكي را دگرگون خواهد ساخت و نسل جديد داروها را پديد خواهد آورد و به دنبال آن اقتصاد دنيا را متحول خواهد ساخت.
در حال حاضر چند شركت وجود دارند كه تحقيقات خود را براي دستيابي به داروهاي جديد بر روي پروتيوميكس معطوف ساختهاند. ازجمله اين شركتها مي‌توان سلرا ژنوميكس گروپ، مايريد ژنتيك و سايتيژن را نام برد. شركتهايي مثل بيوژن، آمژن و ژنتك كه پيش از اين سودهاي كلاني را از محل فروش فرآوردههاي زيستي به دست آوردهاند نيز در حال ظرفيتسنجي براي سرمايهگذاري در زمينه پرتيوميكس هستند.
در پايان اين دهه پروتيوميكس بر فراز صنايع بيوتكنولوژي و داروسازي جهان قرار خواهد گرفت و شكي وجود ندارد كه شركتهاي عظيم داروسازي، بسياري از داروهاي حاصل از پروتيوميكس را روانه بازارهاي جهاني خواهند ساخت.

انواع تعيين جنسيت در جانوران

به طور كلی سه نوع تعییین جنسیت داریم:
1) ژنتیکی = GSD
۲) محیطی = ESD
۳)رفتاری = BSD

GSD : در این نوع جنسیت موجودات در زمان باروری تعیین شده ، سپس غده ها ، استروئیدها را تولید می كنند كه به پیدایش فرد نر یا ماده منجر میشود. در پستانداران ، نر بودن به كروموزوم Y وابسته است.

ESD : تعیین جنسیت در تمام لاك پشت ها و اكثر تماسح ها ، تحت تاثیر محیط و بعد از باروری تخم صورت می گیرد. در خزندگان ، به طور مثال سوسمارها ، بودن كروموزوم جنسی در میان دوران تكوین و در دوره خاصی ( زمان تمایز غده های تناسلی ) رخ می دهد.
برای مثال دوره جنسی را در لاك پشت گوش قرمز ، از شروع انكوباسیون تا مرحله شكفتن تخم ها ، بر اساس خصوصیات مورفولوژیكی جنین به ۳۶ مرحله تقسیم كرده اند. از مرحله ۱۵ به بعد ، دوره حساسیت به دما ( TSP ) شروع می شود و دمای انكوباسیون ، جنسیت تخم ها را تعیین می كند. تخم لاك پشت های گوش قرمز ، در حرارت ۲۷-۲۲ درجه جنس نر ، ۳۱ درجه ( بیش از ۳۰ درجه ) جنس ماده ، ولی در آستانه ۳۵-۲۸ نسبت تعداد جنین نر به جنین ماده یك به یك است. اما لاكپشت های دم شلاقی ، در حرارت سرد ۲۰ درجه و گرم ۳۰ درجه ماده و درجه حرارت ۳۰-۲۰ نر می شوند.
با تغییر دما ، می توان زمان بندی تعیین جنسیت را مطالعه كرد ، اما پس از تعیین جنسیت دیگر تغییر ناپذیر است.
مارمولك ها جانورهای خونسردند كه دمای بدن را از طریق حمام آفتاب تنظیم می كنند. رابرت و تامسون E.tympanus ماده را در محیط آإزمایشگاه ، در معرض دمای ۳۲ درجه قرار دادند. تكوین جنین سرعت یافته و دوره حاملگی كاهش یافت. در دمای آزمایشگاهی زاده تمام مارمولك ها ماده بود. در طبیعت تعداد مارمولك های نر وماده به دنیا آمده مساوی است. پژوهشگران به درستی نمی دانند كه چه میكانیسمی به E.tympanus ماده این توان را می دهد تا دمای مورد نیاز بدن را برای تولید تعداد مساوی زاده های نر و ماده فراهم سازد.

BSD : در این نوع روش ممكن است در موجودات پس از تثبیت جنسیت ، تغییراتی اتفاق بیافتد. غالب این جانوران نر و ماده اند. زندگی اجتماعی آنها نوع جنس را مشخص می كند. یعنی محرك ها حسی اند تا كروموزومی ، زیرا پیام ها از مغز می رسند و موجب تغغیر در نوع هورمون ها می شوند و تغیرات جنسی رخ می دهند. به طور مثال در هر فاز خاص ، Anemone fish سفید و نارنجی كه معمولا نر-ماده متناوب است ، غده ویژه آن جنس فعال می شود. این ماهی ها نر متولد و بعد ماده ، در حالی كه ماهی های تپه های مرجانی اول ماده و بعد نر می شوند. در نر- ماده ای همزمان تخمدان به بیضه تبدیل می شود و جالب اینكه تخم آنها با جفت گیری بارور می شود.

را بطه طول عمر با تعیین جنسیت
تعیین جنسیت در خزندگان با عمر بالا ، به دما و در خزندگان با عمر كوتاه ، به وراثت بستگی دارد. گونه های با عمر دراز در مقابل نوسانات مقاوم اند یعنی سعی می كنند جنس ها را در محیط حفظ كرده ، در نتیجه تغییر جنسیت می دهند. گونه هایی كه عمر كوتاه دارند ، متفاوت اند ، تغییر نمی كنند ، یعنی در یك جنس باقی می مانند كه ممكن است موجب انقراض نسل این نوع جانورها شود.

راه های تعیین جنسیت
۱)روش كاریوتایپ: برای انجام روش كاریوتایپ ، با استفاده از کلشی سین ، سلول های كشت شده را در مرحله متافاز متوقف كرده ، بعد از عكسبرداری ، كروموزوم ها را شماره گذاری و مرتب می كنند . كروموزوم های جنسی را نیز جداگانه و به صورت XX و XY مرتب می نمایند.
۲) جسمY : چنانچه سلول های نر با تركیبات كیناكرین رنگ آمیزی و با نور فلورسنت مطالعه گردند، در درون هسته نقطه ای براق دیده می شود كه معادل قسمت های درخشان بازوی بلند كروموزوم Y است. این قسمت را جسم Y می نامند. برای تعیین جنس ومقدار آنها ، مطالعه كروموزوم های جنسی ارزش بالینی دارد.
۳)جسم بار: كروموزومX ی را می توان در سلول های ماده كه تقسیم نمی شوند ، مشاهده كرد به صورت توده ای تیره به غشاء هسته سلول چسبیده است و كروماتین جنسی و جسم بار خوانده می شود. جسم بار یكی از كروموزوم های X است كه به طور غیر فعال در كنار هسته معمولی قرار دارد. تعداد كروماتین جنسی برابر تعداد كروموزوم X جنسی موجود در سلول های nx-۱ است.

روش مولكولی تعیین جنسیت
واكنش زنجیره ای پلی مراز ( PCR )
طی این روش قطعه ای از DNA بین دو توالی پرایمر تكثیر می یابد. این واكنش برای غنی سازی نمونه های DNA ( برای قطعه ویژه ) طراحی شده و قطعه مورد نظر به اندازه ای تكثیر می یابد تا به سطحی برسد كه قابل مشاهده و تجزیه و تحلیل ژنتیكی باشد. معمولا این روش به طریقی طراحی می شود كه فقط به یك توالی از هدف خاص در درون مجموعه ای از توالی های نا جور DNA اجازه می دهد تا به صورت انتخابی تكثیر یابد. حال اگر توالی های مورد نظر روی كروموزوم X و یاY قرار گرفته باشند ، می توان جنس آن جنین یا نمونه خاص را تشخیص داد.

تعیین جنسیت با استفاده از ژن آملوژنین
مینای دندان ، بیرونی ترین پوشش و سخت ترین بافت در بدن مهره داران می باشد. ماتریكس آن از دو نوع پروتئین آملوژنین و اناملین تشكیل شده است. پروتئین غالب در مینای دندان ، آملوژنین است و انواع دیگر، فراوانی كمی دارند. ژن آملوژنین در انسان روی هر دو كروموزوم Xو Y ، و در موش ، فقط روی كروموزوم X ، نزدیك ناحیه مبدایی بازویی بلند كروموزوم Y جای دارد.
آملوژنین ها ( پروتئین های ماتریكس خارج سلولی مینای دندان ) به طور گذرا ، ولی فراوان توسط آمبلوست ها ، طی تكوین دندان بیان می شوند و تشكیل كریستال های مینای دندان را در مراحل ترشحی ، رشد و تكوین تنظیم می كنند. احتمالا محیط هیدروفوبی را آماده می سازند تا رشد كریستال های هیدروكسی آپاتیت كلسیم آغاز گردد.
لوكوس AMGY روی كروموزوم Y مثل لوكوس AMGX و كروموزوم X ، پروتئین كارا بیان می كند، ولی میزان بیان لوكوس AMGY فقط ۱۰ درصد لوكوس AMGX است. توالی اگزونیك آلل های AMGY و AMGX مشابه هستند ، اما در توالی های انترونیك با هم تفاوت دارند. بنابراین ماده ها (X ) دو ژن AMEL یكسان ، اما نرها ( Y ) دو ژن غیر مشابه دارند ، در انترون ۳ ، آلل روی كروموزوم Y ، یك حذف ۱۸۹ باز دارد. به دلیل تفاوت اندازه ژن آملوژنین در كروموزوم های X و Y و همچنین افزایش حساسیت سیستم ، می توان از روش PCR آشیانه ای استفاده كرد.

تعیین جنسیت با استفاده از لوكوس Dyz۱
علاوه بر ژن آملوژنین ، از لوكوس Dyz۱ برای تعیین جنسیت استفاده می شود. این لوكوس ، از چندین هزار كپی واحد تكراری ( به طول ۳۵۶۴ جفت باز ) روی كروموزوم Y تشكیل شده است. مطالعه Dyz۱ لوكوسY بسیار حساس تر و فاقد نوعی كنترل درونی است. ممكن است هومولوگ های اتوزومی خانواده Dyz۱ ، نتایج مثبت كاذب را نشان دهد.

تعیین جنسیت با استفاده از ژن Sry و لوكوس Dzy۱
در این قسمت از روش PCR آشیانه ای چند تایی استفاده می شود كه اجازه تكثیر همزمان به لوكوس DXZ۴ ویژه كروموزوم X و لوكوس Sry ویژه كروموزوم Y می دهد. مشاهده باند ۸۳ باز ( محصول تكثیر لوكوس Sry ) و باند ۱۳۷ جفت باز ( محصول تكثیر لوكوس DYZ۴ ) نشان دهنده جنسیت نر و مشاهده باند ۱۳۷ جفت باز ( محصول تكثیر لوكوس DXZ۴ ) بیانگر جنسیت ماه است.

تعیین جنسیت با استفاده از لوكوس DYZ۱۴
از لوكوس DYZ۱۴ كه منحصرا روی كروموزوم Y قرار دارد ، می توان برای تعیین جنسیت استفاده نمود. از این روش ، بیشتر برای شناسایی جنین نر ، در مادران مشكوك به بیماری های مغلوب وابسته به كروموزوم جنسی X استفاده می شود.

تعیین جنسیت با استفاده از توالی های قمری آلفا آلفوئید
این روش ، ساده ، سریع ، صحیح و با حساسیت بالاست. طی این روش ، از خانواده DNA تكراری كه ویژگی كروموزومی دارد ، استفاده می شود. همانند خانواده قمری آلفا آلفوئید ، كه در نواحی حول سانترومری كلیه كروموزوم ها قرار دارد ، پرایمر های Y۱ وY۲ ، موجب تكثیر تكرارهای آلفوئیدی روی كروموزوم Y و ایجاد قطعه ۱۷۰ جفت بازی ، و پرایمر های X۱ و X۲ ، سبب تكثیر تكرار های ، آلفوئیدی روی كروموزوم X و ایجاد قطعه ۱۳۰ جفت بازی می شود.

تعیین جنسیت با استفاده از ژن پروتئین Zinc finger
این ژن باعث كد شدن پروتئین Zinc finger كه روی هر دو كروموزوم X و Y قرار دارد می شود. پس از تكثیر این ژن باعث و تجزیه و تمایل ( بر روی ژل ) ، قطعات ۳۷ و ۱۷۲ در نمونه ماده در قطعات ۳۸ و ۸۸ و ۱۷۲ جفت باز در نمونه نر مشاهده می شود.

تعیین جنسیت با استفاده از ژن های Sry و abcd۱
در این سیستم ، از سه پرایمر استفاده می شود كه موجب تكثیر قطعه ۴۷۵ جفت باز ژن abcd۱ ، روی كروموزوم X و قطعه ۲۳۱ جفت باز ژن Sry ، روی كروموزوم Y می شود.
منبع: زیست شناسی پزشکی

فناوري نانو چيست؟

فناوری نوین نانوتكنولوژی، تمام دنیا را فرا گرفته است. به بیان دیگر، «نانوتكنولوژی بخشی از آینده نیست بلكه همه آینده است». در این نوشتار بعد از تعریف نانوتكنولوژی و بیان كاربردهای آن دلایل و ضرورت‌های توجه به این فناوری، بیان شده است.
تعریف نانوتكنولوژی و آشنایی با آن
نانوتكنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با كنترل سطوح مولكولی و اتمی و استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر می‌شود. نانوتكنولوژی، رشته‌ای جدید نیست، بلكه رویكردی جدید به تمام رشته‌هاست. نانوتكنولوژی، در حوزه‌های مختلفی نظیر: غذا، دارو، تشخیص پزشكی، بیوتكنولوژی، الكترونیك، رایانه، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی، كاربرد دارد. كاربردهای وسیع و پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی نانوتكنولوژی آن را به زمینه‌ای فرابخشی، تبدیل كرده است.
آزمایش و تحقیق در مورد نانوتكنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به‌طور جدی پیگیری شد، اما آثار معجزه‌آسا و باور نكردنی آن در روند تحقیق و توسعه، توجه همه كشورهای بزرگ را به خود جلب كرد. این امر، فناوری نانو را به یكی از مهم‌ترین اولویت‌های تحقیقاتی در دهه اول قرن بیست و یكم، تبدی كرد.
استفاده از فناوری نانو در علوم پزشكی، پتروشیمی، مواد، صنایع دفاعی، الكترونیك، رایانه‌های كوانتومی و غیره آن را به عنوان چالشی علمی و صنعتی برای جهانیان مطرح كرد. محققان، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در بسیجی همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در مورد این موضوع، مشخص كنند و با برنامه‌ریزی علمی و دقیق به حضوری فعال و رقابتی سالم در این جایگاه روی آورند. طراحی برنامه‌ای منسجم، فراگیر و همه جانبه برای این منظور، اجتناب‌ناپذیر است.
نانوتكنولوژی و كاربردهای آن
فناوری نانو، عنصری اساسی باری درك بهتر طبیعت در دهه‌های آینده خواهد بود. همكاری‌های تحقیقاتی میان رشته‌ای، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت از جمله مزایای نانوتكنولوژی در آینده است. بخشی از تأثیرات و كاربردهای نانوتكنولوژی به شرح زیر است:
۱) تولید، مواد و محصولات صنعتی
نانوتكنولوژی تغییر بنیانی مسیری است كه در آینده، موجب ساخت مواد و ابزار خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌های ساختمانی نانو با اندازه و تركیب به دقت كنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگ‌تر، كه دارای خواص و كاركرد منحصر به فرد باشند، انقلابی در مواد و فرایندهای تولید آنها، ایجاد می‌كند. محققان، ساختارهایی از مواد را ایجاد خواهند كرد كه در طبیعت وجود ندارد و شیمی مرسوم، قادر به ایجاد آنها نیست. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتند از: مواد سبك‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی، كاهش هزینه عمر كاری با كاهش دفعات نقص فنی، ابزار نوین بر پایه اصول و معماری جدید و به‌كارگیری كارخانه‌های مولكولی یا خوشه‌ای كه مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
۲) پزشكی و بدن انسان
رفتار مولكولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره كرده و مقیاسی را ایجاد می‌كند كه شیمی، فیزیك، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی رایانه‌ای به آن سمت گرایش دارند.
نانوتكنولوژی، فراتر از استفاده بهینه از دارو، فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو[۱] تهیه می‌كند و توان درمانی داروها را به نحو حیرت‌انگیزی، افزایش می‌دهد.
مواد زیست سازگار با كارایی بالا، از توانایی بشر در كنترل نانوساختارها به دست می‌آیند. نانو مواد سنتزی معدنی و آلی را می‌توان نظیر اجزای فعال، برای اعمال نقش تشخیصی، (مثل ذرات كوانتومی كه برای مرئی‌سازی به كار می‌رود) درون سلول‌ها وارد كرد.
افزایش توان محاسباتی به وسیله نانوتكنولوژی، ترسیم وضعیت شبكه‌های ماكرومولكولی را در محیط‌های واقعی ممكن می‌كنند. این‌گونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات كاسته شده زیست سازگار در بدن و برای فرایند كشف دارو، الزامی هستند.
۳) دوام‌پذیری منابع كشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاك
نانوتكنولوژی تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و‌ آب ایجاد می‌كند و پساب و آلودگی را كاهش می‌دهد. همچنین فناوری‌های جدید، امكان بازیافت مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند كرد. نانوتكنولوژی، بر محیط زیست، تأثیری قابل توجه دارد. از آن جمله: ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی با كنترل انتشار آلاینده‌ها، توسعه فناوری‌های «سبز» جدید كه محصولات جانبی كمتری دارند. نانوتكنولوژی، توان حذف آلودگی‌های كوچك از منابع آبی (كمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی را در مناطق بزرگ‌تر دارد.
نانوتكنولوژی می‌تواند كارایی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار دهد مصرف آن را كاهش دهد. برای مثال، شركت‌های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه می‌تواند جایگزین اجرای فلزی بدنه خودروها باشد. استفاده گسترده از این نانوكامپوزیت‌ها سالیانه ۵/۱ میلیارد لیتر صرفه‌جویی در مصرف بنزین، ایجاد می‌كند.
فناوری روشنایی در ۱۰ سال آینده، تغییرات عمده‌ای خواهد داشت. نیمه هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی (LEDها) به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید خواهد شد. تقریباً ۲۰ درصد از كل برق تولیدی امریكا، صرف روشنایی (چه لامپ‌های التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود، اما مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌های نانوتكنولوژی، مصرف جهانی را بیش از ۱۰درصد كاهش می‌دهد و سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار، صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن، كاهش انتشار كربن را به همراه دارد.
۴) هوا و فضا
محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن و ارسال فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، كاهش اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌كند. مواد و ابزار نانوساختاری، امیدهایی را برای حل این مشكل، ایجاد كرده است.
«نانو ساختن[۲]، طراحی و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و سكوهای اكتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، فراهم كرده است. استفاده روزافزون از سیستم‌های كوچك شده خودكار به پیشرفت‌های شگرف در فناوری ساخت و تولید می‌انجامد. توجه به اینكه محیط فضا، نیروی جاذبه كم و خلأ بالا دارد، توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو كه ساخت آنها در زمین ممكن نیست در فضا میسر خواهد شد.
۵) امنیت ملی
برخی كاربردهای دفاعی نانوتكنولوژی عبارتند از: تسلط اطلاعاتی با نانوالكترونیك پیشرفته به عنوان قابلیتی مهم و نظامی، امكان آموزش مؤثر نیرو به كمك سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده و به دست آمده از الكترونیك نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیك پیشرفته برای جبران كاهش نیروی انسانی نظامی، كاهش خطر برای سربازان و بهبود كارایی خودروهای نظامی، دستیابی به كارایی بالاتر (وزن كمتر و قدرت بیشتر) در صحنه‌های نظامی، كاهش نقص فنی و هزینه در عمر كاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در شناسایی و مراقبت از عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طراحی در سیستم‌های كنترل و مدیریت عدم تكثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزار نانو و میكرومكانیكی برای كنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مكمل یكدیگرند. كاربردهای درازمدت نانوتكنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی كننده امنیت ملی خواهد بود.
۶) كاربرد نانوتكنولوژی در صنعت الكترونیك
نانوتكنولوژی، ذخیره اطلاعات را در مقیاس فوق‌العاده كوچك، ممكن می‌كند. فناوری نانو، ظرفیت ذخیره اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش می‌دهد و در نهایت، ابزار ابرمحاسباتی كوچكی به اندازه ساعت مچی، ساخته خواهد شد.
اگر ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یك ترابیت در هر اینچ ربع برسد، ذخیره ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در هارد دیسكی با ابعاد یك كارت اعتباری، ممكن خواهد شد.
ساخت تراشه‌ها در اندازه‌هایی كوچك نظیر ۳۲ تا ۹۰ نانومتر و یا تولید دیسك‌های نوری ۱۰۰ گیگا بایتی در اندازه‌های كوچك از جمله این موارد است.
تاریخچه فناوری نانو در جهان
۴۰ سال پیش، Richard Feynman متخصص كوانتوم نظری و دارند جایزه نوبل، بعد رشد نیافته علم مواد را بررسی كرد. وی در كنفرانس معروف خود عنوان «آن پایین فضایی بسیار وجود دارد»[۳] گفت: «اصول فیزیك، تا آنجا كه من آن را می‌فهمم، برخلاف امكان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی‌زند» او فرض را بر این قرار داد كه اگر دانشمندان چگونگی ساخت ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاس‌های كوچك، فرا گرفته‌اند. پس ما می‌توانیم آنها را كوچك و كوچك‌تر كنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی خود در لبه‌های نامعلوم كوانتوم، نزدیك خواهند بود به گونه‌ای كه یك اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار می‌دهیم كه بتوانیم كوچك‌ترین محصول مصنوعی و ساختگی ممكن را ایجاد كنیم. با استفاده از این فرم‌های بسیار كوچك چه وسایلی را ایجاد خواهیم كرد؟
Feynman ذر ذهن خود «دكتری مولكولی» تصور كرد كه صدها بار از سلولی منحصر به فرد، كوچك‌تر است و به بدن انسان تزریق می‌شود. این دكتر مولكولی، درون بدن برای انجام كاری، تأیید سلامتی سلول‌ها، انجام اعمال ترمیمی و نگهداری بدن در سلامت كامل، سیر می‌كند. در بحبوبه؟؟؟ سال‌های صنعتی، واژه «بزرگ» اهمیتی ویژه داشت. حتی رایانه‌ها در دهه ۱۹۵۰ تمام طبقات ساختمان را اشغال می‌كردند. زمانی كه Feynman، نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان به سوی كوچك شدن، گام برداشت.
تفكرات Marvin Minsky به اندیشه‌های Feynman قوت بخشید. Minsky، پدر پاینده هوش‌های مصنوعی دهه ۷۰-۱۹۶۰، جهان را در تفكرات مربوط به آینده، رهبری می‌كرد. Eric Drexler در اواسط دهه ۷۰ Minsky را استاد راهنمای پایان‌نامه خود انتخاب كرد. Drexler به وسایل بسیار كوچك Feynman علاقه‌مند شده بود و می‌خواست مورد توانایی آنها را بررسی كند. Drexler در اوایل دهه ۸۰، درجه استادی خود را در رشته علوم رایانه دریافت كرده و انجمنی از دانشجویان را به دور خود جمع كرده بود. او افكار جوانان را با «نانوتكنولوژی» مشغول كرده بود. Drexler اولین مقاله خود را در مورد نانوتكنولوژی مولكولی (MNT) در ۱۹۸۱ ارائه داد. او كتاب Engin Of Creation: The coming era of Nanotechnology را در ۱۹۸۶ چاپ كرد. Drexler درجه دكترای نانوتكنولوژی را در ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT دریافت كرد. او پیشروی طرح نانوتكنولوژی و هم‌اكنون رئیس انستیتو Foresight و Research Fellow است.

تعیین بودجه‌های كلان در كشورهای صنعتی برای تحقیقات در زمینه نانوتكنولوژی
بسیاری از كشورهای توسعه یافته و در حال توسعه، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌كند.
نانوتكنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی كشورها و جایگاه آنها را در جهان، تحت تأثیر قرار خواهد داد. صاحب‌نظران و محققان كشورهای مخالف این امر را تبیین كرده‌اند. در بخشی از این كشورها، در ۲ سال اخیر تحركات شدیدی از سوی دولت‌ها برای سرعت‌بخشی به توسعه نانوتكنولوژی انجام شده است و فعالیت‌های خودجوش محققان، با تشویق و حمایت‌های مستقیم دولت، ادامه یافته است. نمودار یك، میزان سرمایه‌گذاری دولت‌ها را نشان می‌دهد.
اهمیت مطرح شدن طرح
بسیاری از كشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت، برنامه‌هایی را برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌كنند، اما سؤالی مهم برای كشور ما و كشورهایی كه هنوز به نانوتكنولوژی به؟؟؟ توجه نكرده‌اند، این است كه آیا باید با این روند همراه شد یا خیر؟ فضای بسیار بزرگ نانوتكنولوژی و حجم وسیع فعالیت‌های مربوط به آن در دنیا، این باور را به انسان القا می‌كند كه دیر یا زود باید آینده‌نگری كرده و برای ورود به آن اقدام كرد.
ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژی، اجتناب‌ناپذیر است.
صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژی را مساوی آینده دانسته‌اند. كمیته مشاوران رئیس‌جمهور امریكا در علوم فناوری در تأیید برنامه ملی نانوتكنولوژی برای سال ۲۰۰۱، از نانوتكنولوژی به عنوان محور آینده جهان یاد می‌كند. صاحب‌نظران به دلیل تأثیرات این فنوری بر بیشتر فناوری‌های موجود، معتقدند متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث مقیاس نانو در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد ندارند. آنها شكوفایی فناوری‌های مهم نظیر فناوری اطلاعات و بیوتكنولوژی را بدون بهره‌گیری از نانوتكنولوژی مختل می‌دانند.
دلایل ضرورت ورود كشور به عرصه نانوتكنولوژی
مهم‌ترین دلایل ضرورت توجه كشورهایی نظیر ایران به نانوتكنولوژی به قرار زیر است:
۱) تأثیر اساسی نانوتكنولوژی بر رشد و پیشرفت بسیاری از فناوری‌ها
ماهیت فرارشته‌ای فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با دقت اتم و مولكول، موجب تعریف كاربردهای بسیاری در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است. نانوتكنولوژی كاربردهای بسیاری در حوزه‌های دارو، غذا، بهداشت، درمان بیماری‌ها، محیط‌زیست، انرژی، الكترونیك، رایانه، اطلاعات، مواد، ساخت، تولید، هوافضا، بیوتكنولوژی، كشاورزی، امنیت ملی و دفاع دارد. این فناوری بر تمام فناوری‌ها تأثیر می‌گذارد و دیر یا زود باید شاهد محصولات آنها بود. برای مثال در بخش پزشكی و بهداشت، زمینه كاری بسیار مهم، سیستم توزیع دارو در داخل بدن است. مصرف فعلی دارو به صورت حجمی است در حالی كه سلول‌های خاصی از بدن نیازمند آن هستند. دارو در روش تزریق با وسایل جدید به صورت مستقیم و به سلول‌های مشخص، تحویل داده می‌شود. بنابراین، بیماری‌های بزرگ و كوچك با این مكانیزم در آغاز شكل‌گیری، درمان می‌شوند. در بخش مواد نیز پروژه‌هایی در حال اجراست كه موادی با وزن بسیار كم و خواص مناسب، تولید می‌كنند. این مواد در ساختمان، خودرو، هواپیما و دیگر ملزومات زندگی انسان‌ها كاربرد دارند. بنابراین، نانوتكنولوژی عرصه‌ای وسیع از زندگی انسان‌ها را در برخواهد گرفت و نمی‌توان از آن چشم‌پوشی كرد.
۲) تأثیر نانوتكنولوژی بر امنیت جهانی
نانوتكنولوژی به لحاظ دفاعی هم فرصت است و هم تهدید، این فناوری كاربردهای زیاد در امور نظامی دارد. بخش دفاعی كشورهای مختلف به تحقیق و توسعه نانوتكنولوژی، گرایش دارند. این كاربردها از لباس‌های محافظ تا پرنده‌های بسیار كوچك، تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است و هم‌اكنون با حمایت وزارتخانه‌های دفاع كشورهایی نظیر: امریكا، ژاپن و دیگر كشورهای اروپایی به صورت پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام است. این فناوری از این جهت برای كشورها تهدید محسوب می‌شود، اما برای كشورهایی كه با استفاده از روند موجود، جایگاهی را در آینده امنیت جهانی برای خود در نظر بگیرند، فرصت خواهد بود. با توجه به تنوع كاربردهای نانوتكنولوژی، در آینده رقابت بین‌المللی كشورها نقش مؤثر دارد.
شكل‌گیری بازارهای بسیار بزرگ
شواهد نشان می‌دهد كه درصدی بالا از بازار محصولات مختلف بر نانوتكنولوژی، متكی خواهد بود. دولت‌ها و شركت‌های بزرگ و كوچك به دنبال كسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روكو، رئیس كمیته علوم و فناوری نانو در ریاست جمهوری امریكا بر پتانسیل نانوتكنولوژی برای تغییر چشمگیر اقتصاد جهانی تأكید كرده است. وی معتقد است نانوتكنولوژی در ده الی ۱۵ سال آینده، بازار نیمه هادی را به طور كامل تحت تأثیر قرار خواهد داد.
سازندگان پردازنده‌های رایانه در امریكا و ژاپن از ورود پردازنده‌های حاوی یك میلیارد نانوترانزیستور تا پیش از ۱۰ سال آینده خبر داده‌اند. برای مثال شركت اینتل اعلام كرده است در سال ۲۰۰۷ پردازنده‌های متكی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بیشتر و مصرف كمتر به بازار، عرضه خواهد كرد.
نیمی از صنعت دارو تا ۱۵ سال آینده بر نانوتكنولوژی، متكی خواهد بود و به وسایل تزریق جدید و آموزش‌های پزشكی روزآمد، نیاز خواهد داشت. مواد شیمیایی نیز دارای بازار ۱۰۰ میلیارد دلاری كاتالیست‌ها هستند و تا ۱۰ سال آینده بر كاتالیست‌های نانوساختاری، متكی خواهد بود.
از هم‌اكنون بازاری برای به‌كارگیری مواد جدید در محصولات، شكل گرفته است. این مواد، خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات می‌بخشند و قیمت آنها را كاهش می‌دهند. مثلاً نانو لوله‌های كربنی[۴] با وزن كمتر و استحكام بیشتر نسبت به موادی نظیر فولاد، بخش‌های از صنایع را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
از آنجا كه سهم هر كشور یا بنگاه در زمان شكل‌گیری بازار، تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای دستیابی به جایگاه مناسب، امروز است. سؤالی كه پیش می‌آید این است: جایگاه كشورهایی كه به نانوتكنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود؟
نویسنده : مصطفی صدیقی

تفاوت هاي نر و ماده از ديدگاه علم ژنتيك

مگس های سركه نر و ماده، همانند مردان و زنان، رفتار كاملاً متفاوتی را به ویژه هنگام جفت یابی نشان می دهند. مگس سركه نر به هنگام جفت یابی با حركت دادن بال ها و شكم خود تولید صدا كرده و این كار را تا زمان جلب توجه ماده ادامه می دهد. اما با وجودی كه نرها و ماده ها متفاوت به نظر می آیند (و بسیاری از ما هم كاملاً متفاوت می اندیشیم)، بینی، گوش ها و چشم هایشان به طور یكسانی عمل می كنند. آیا اینطور نیست؟«بروس بیكر» یكی از ژنتیك دانان دانشگاه «استنفورد» در این باره می گوید: «اكنون دریافته ایم كه در سطح مولكولی، اندام های جنسی مگس های سركه نر و ماده به طور یكسان عمل نمی كنند و این امر باعث می شود تا نرها و ماده ها جهان را به طور یكسان حس نكنند.» «بیكر» و تیم تحقیقاتی او پس از بررسی های بسیار سرانجام موفق شدند به علت رفتارهای حیوانات، خصوصاً رفتار غریزی آنان از جمله لانه سازی پرندگان و یا رفتار طاوس نر در هنگام جفت یابی، پی ببرند. او می گوید: «ما علاقه مند بودیم تا به اتفاقاتی كه طی دوران رشد و نمو جانداران می افتد و آنان را به انجام این گونه رفتارهای جالب و زیبا قادر می سازد، پی ببریم.»آنها موفق به كشف ژنی شدند كه تمام حركات دقیق مگس سركه نر در هنگام جفت یابی از حس بویایی و چشایی گرفته تا آوایی كه برای جفت مورد نظر خود تولید می كند را تحت كنترل دارد. براساس گزارش آنان در مجله نیچر، با انتقال یك ژن از حدود ۱۴ هزار ژن موجود در كل DNA مگس سركه نر عادی به مگس ماده، آن را به خواستگاری از سایر مگس های ماده قادر ساختند.انتقال این ژن كه «Fruitless» نام دارد توسط «بیكر» و «دیو مانولی» از دانشگاه «براندیز» انجام شد. «مانولی» قبلاً نشان داده بود این ژن كه به طور طبیعی در دستگاه عصبی مگس نر فعال است برای تمام جنبه های جفت یابی نر اهمیت دارد.«بیكر» می گوید: «آنچه كه ما هنگام فعال كردن این ژن در مگس ماده مشاهده كردیم درست شبیه رفتاری بود كه مگس نر به طور طبیعی با داشتن این ژن از خود نشان می دهد. این ماده ها همانند نرها رفتار كرده و مانند نرها جفت یابی كردند.»نتایجی كه آنان به دست آوردند نشان می دهد تنها یك ژن می تواند تعیین كننده باشد كه چگونه نرها و ماده ها یكدیگر را تشخیص دهند و پاسخ های متفاوتی به محرك های جنسی بدهند. برای مشاهده اینكه این ژن در كجای مگس فعال می شود، آنها ژن جفت یابی را به ژن دیگری متصل ساختند كه با تولید پروتئین موجب درخشندگی در تاریكی می شد.«بیكر» می افزاید: «در ادامه توانستیم با مشاهده سلول های فلوئورسانت سبز در مغز و سایر اندام ها به جاهایی كه این ژن در آنجا فعال بود، پی ببریم. ما دریافتیم كه زیرمجموعه ای از سلول ها در هر اندام حسی كه این ژن وجود داشت در نوع نر عمل می كرد و نه نوع ماده. این موضوع بدان معنی است كه نرها و ماده ها با توجه به نوع محرك های محیطی (یا همان اطلاعات حسی كه برای روابط جنسی مهم اند) درك متفاوتی از دنیای اطراف خود دارند. همین امر موجب می شود تا چشم ها، گوش ها، بینی، زبان و حس لامسه نر با ماده متفاوت باشد.» او در ادامه می افزاید: «اگرچه اندام ها یكسان عمل می كنند اما نباید پنداشت كه عملكرد آنها در ابعاد مولكولی نیز یكسان است. این كشف در مگس ها به طور حتم این نظریه جالب را قوت می بخشد كه ممكن است انسان ها نیز همانند مگس ها دارای اندام های حسی مشابه ولی با عملكردهای متفاوت باشند. البته این امكان نیز وجود دارد كه این نظریه در انسان ها صادق نباشد.»به اعتقاد این پژوهشگر، تنها راه مطمئن شدن از درستی یا نادرستی آن، تحقیق كردن روی انسان ها است.
منبع:ترجمه: مهیار ملك زاده
روزنامه شرق

مگس های سركه نر و ماده، همانند مردان و زنان، رفتار كاملاً متفاوتی را به ویژه هنگام جفت یابی نشان می دهند. مگس سركه نر به هنگام جفت یابی با حركت دادن بال ها و شكم خود تولید صدا كرده و این كار را تا زمان جلب توجه ماده ادامه می دهد. اما با وجودی كه نرها و ماده ها متفاوت به نظر می آیند (و بسیاری از ما هم كاملاً متفاوت می اندیشیم)، بینی، گوش ها و چشم هایشان به طور یكسانی عمل می كنند. آیا اینطور نیست؟«بروس بیكر» یكی از ژنتیك دانان دانشگاه «استنفورد» در این باره می گوید: «اكنون دریافته ایم كه در سطح مولكولی، اندام های جنسی مگس های سركه نر و ماده به طور یكسان عمل نمی كنند و این امر باعث می شود تا نرها و ماده ها جهان را به طور یكسان حس نكنند.» «بیكر» و تیم تحقیقاتی او پس از بررسی های بسیار سرانجام موفق شدند به علت رفتارهای حیوانات، خصوصاً رفتار غریزی آنان از جمله لانه سازی پرندگان و یا رفتار طاوس نر در هنگام جفت یابی، پی ببرند. او می گوید: «ما علاقه مند بودیم تا به اتفاقاتی كه طی دوران رشد و نمو جانداران می افتد و آنان را به انجام این گونه رفتارهای جالب و زیبا قادر می سازد، پی ببریم.»آنها موفق به كشف ژنی شدند كه تمام حركات دقیق مگس سركه نر در هنگام جفت یابی از حس بویایی و چشایی گرفته تا آوایی كه برای جفت مورد نظر خود تولید می كند را تحت كنترل دارد. براساس گزارش آنان در مجله نیچر، با انتقال یك ژن از حدود ۱۴ هزار ژن موجود در كل DNA مگس سركه نر عادی به مگس ماده، آن را به خواستگاری از سایر مگس های ماده قادر ساختند.انتقال این ژن كه «Fruitless» نام دارد توسط «بیكر» و «دیو مانولی» از دانشگاه «براندیز» انجام شد. «مانولی» قبلاً نشان داده بود این ژن كه به طور طبیعی در دستگاه عصبی مگس نر فعال است برای تمام جنبه های جفت یابی نر اهمیت دارد.«بیكر» می گوید: «آنچه كه ما هنگام فعال كردن این ژن در مگس ماده مشاهده كردیم درست شبیه رفتاری بود كه مگس نر به طور طبیعی با داشتن این ژن از خود نشان می دهد. این ماده ها همانند نرها رفتار كرده و مانند نرها جفت یابی كردند.»نتایجی كه آنان به دست آوردند نشان می دهد تنها یك ژن می تواند تعیین كننده باشد كه چگونه نرها و ماده ها یكدیگر را تشخیص دهند و پاسخ های متفاوتی به محرك های جنسی بدهند. برای مشاهده اینكه این ژن در كجای مگس فعال می شود، آنها ژن جفت یابی را به ژن دیگری متصل ساختند كه با تولید پروتئین موجب درخشندگی در تاریكی می شد.«بیكر» می افزاید: «در ادامه توانستیم با مشاهده سلول های فلوئورسانت سبز در مغز و سایر اندام ها به جاهایی كه این ژن در آنجا فعال بود، پی ببریم. ما دریافتیم كه زیرمجموعه ای از سلول ها در هر اندام حسی كه این ژن وجود داشت در نوع نر عمل می كرد و نه نوع ماده. این موضوع بدان معنی است كه نرها و ماده ها با توجه به نوع محرك های محیطی (یا همان اطلاعات حسی كه برای روابط جنسی مهم اند) درك متفاوتی از دنیای اطراف خود دارند. همین امر موجب می شود تا چشم ها، گوش ها، بینی، زبان و حس لامسه نر با ماده متفاوت باشد.» او در ادامه می افزاید: «اگرچه اندام ها یكسان عمل می كنند اما نباید پنداشت كه عملكرد آنها در ابعاد مولكولی نیز یكسان است. این كشف در مگس ها به طور حتم این نظریه جالب را قوت می بخشد كه ممكن است انسان ها نیز همانند مگس ها دارای اندام های حسی مشابه ولی با عملكردهای متفاوت باشند. البته این امكان نیز وجود دارد كه این نظریه در انسان ها صادق نباشد.»به اعتقاد این پژوهشگر، تنها راه مطمئن شدن از درستی یا نادرستی آن، تحقیق كردن روی انسان ها است.
منبع:ترجمه: مهیار ملك زاده
روزنامه شرق

پشت پرده ژن ها

تصور كنید كه دیوید بكام هستید. شما با از خودگذشتگی روی مهارت های فوتبال تان تمرین كرده اید، روی شایستگی ها و قابلیت هایتان كار كرده اید، غذای سالم خورده اید و عموماً یك زندگی ارزشمند، راضی كننده و موفق داشته اید. اكنون تصور كنید هر چیزی كه به آن رسیده اید می تواند از طریق ژن هایتان به فرزندان شما منتقل شود.بنابراین با حداقل تلاش می توانند در موفقیت های شما شریك شوند. كاملاً ممكن است ساختاری ژنتیكی وجود داشته باشد كه استعدادی طبیعی برای فوتبال به فرزندان بكام بدهد، اما این راه میانبری برای همه كار و تلاش های سختی كه او در ورزش انجام داده، نیست. اما آیا امكان این كه برخی صفات اكتسابی از طریق نسل ها منتقل شوند وجود دارد؟ چنین نظری در قرن نوزدهم رایج شد و اولین بار توسط لامارك دانشمند فرانسوی پیشنهاد شد اما این نظریه با پیدایش ژنتیك كلاسیك و تكامل داروینی از اعتبار ساقط شد. آخرین میخ تابوت تكامل لاماركی كشف DNA در سال ۱۹۵۳ بود. به نظر می رسد این مولكول كارآمد و منظم كه رمز هایی برای حیات را در توالی های بسته بندی شده ای به نام ژن حمل می كند ثابت می كند كه تنها یك خصوصیت ژنتیكی مثل رنگ چشم می تواند به ارث برسد. برای دانشمندان علم ژنتیك والدین و اجداد تنها به عنوان افرادی كه ژن هایشان را انتقال داده اند اهمیت دارند و نوع زندگی شان در این مورد نقشی ندارد اما گروه دیگری از دانشمندان اكنون دلایل قانع كننده ای ارائه كرده اند كه پیشنهاد می كند توارث ممكن است به واقع آنقدر كه ژنتیك دان های كلاسیك معتقدند، ساخته و پرداخته نباشد. این نظریه اپی ژنتیك نامیده می شود.
• اپی ژنتیك چیست
اپی ژنتیك نظریه ای در زمینه توارث است كه می گوید ژن دارای «حافظه ای» برای یك واقعه است. ممكن است دو نسل در معرض واقعه یا رخدادی قرار بگیرند و این رخداد در ژن های آن نسل نشان گذاری شود و موضوع برای ۴ یا ۵ نسل بعد یا بیشتر ادامه یابد. این خود شاخه كاملی از ژنتیك با مفاهیمی گسترده است كه اغلب ما در مورد آن چیزی نشنیده ایم.
اپی ژنتیك مطالعه چگونگی انتقال اطلاعات از یك سلول اخلاقش بدون رمزگذاری دقیق اطلاعات در توالی DNA است. در عوض ژن ها ممكن است به شیوه های دیگر تغییر یابند یا اصلاح شوند. اپی ژنتیك كه به طور تحت اللفظی به معنی «روی» ژن ها است، اصلاحاتی است كه می تواند به صورت حذف یا اضافه شدن مولكول های خاص از DNA باشد و این امر به نوبه خود بر چگونگی تفسیر ژن ها توسط هسته سلول تاثیر می گذارد.
• نشان گذاری ژنی (Gene Imprinting)
در سال ۱۹۸۰ ماركوس پمبری استاد ژنتیك در بیمارستان استریت اورموند یكی از اولین افرادی بود كه نشان داد برخی ژن های انسانی به وسیله نشانگر اپی ژنتیكی نشان گذاری می شوند و در نتیجه می توان تعیین كرد كه آنها از كدام والد منشأ گرفته اند. پمبری در حال مطالعه یك بیماری نادر به نام نشانگان انجلمن (Angelman Syndrom) بود كه در آن در نتیجه جهش، توالی كوچكی از DNA از یكی از كروموزوم ها حذف می شود.مبتلایان به این نشانگان حرف نمی زنند، راه رفتنی خشك و نامنظم دارند و بیش از حد می خندند. پمبری دریافت كه این نشانگان زمانی ایجاد می شود كه توالی DNA كه از مادر به ارث می رسد حذف شود. دیگران نشان دادند كه اگر همین توالی از DNA پدر حذف شود باعث ایجاد ناهنجاری كاملاً متفاوتی به نام نشانگان پرادر- ویلی (Prader- Willi) می شود، كه كودكان مبتلا به آن علاقه سیری ناپذیری نسبت به خوردن غذا دارند. اگر این عارضه كنترل نشود باعث می شود كه آنها به صورت وسواسی غذا بخورند تا زمانی كه از نظر بالینی چاق شوند. مطالعه پمبری نشان می دهد كه به نحوی ژن «به یاد می آورد» از كدام والد منشأ گرفته است. در همین زمان دانشمندان متوجه شدند، در حالی كه هر سلول در بدن انسان حاوی DNA یكسانی است، ژن های منفرد دارای مكانیسم تغییر وضع دهنده یا سوئیچ كننده ای هستند كه به آنها دستور می دهد، خاموش یا روشن باشند. این موضوع مشخص می كند كه چگونه یك سلول برای مثال به سلول مغز، چشم یا ریه تبدیل می شود. جهش های اپی ژنتیكی می توانند با تداخل در این مكانیسم سوئیچ كننده از شناسایی شدن یا بروز یك ژن خاص جلوگیری كنند.
دكتر ولف استاد دانشگاه كمبریج نشان داد كه ممكن است عوامل مداخله گر محیطی یا انسانی با این سوئیچ تداخل ایجاد كرده و به طور مصنوعی آنها را با ایجاد اثراتی طولانی مدت خاموش یا روشن كنند. آزمایش هایی در حال شروع شدن هستند تا نشان دهند كه اثرات اپی ژنتیكی واقعاً از طریق نسل ها انتقال می یابند. دكتر جاناتان سكل دردانشگاه ادینبورگ كارشناس علمی و بالینی در مورد هورمون استرس «كورتیزول» است.او در ابتدای امسال دریافت كه اگر موش های آزمایشگاهی باردار تحت استرس قرار گیرند، نسل بعدی آنها هم نشانه های استرس، فشار خون بالا، دیابت و رفتار های اضطرابی را نشان می دهند. این موضوع مثالی از یك «اثر مادری» است كه طی آن محیط داخل رحم نسل های بعدی را متاثر می كند، در حال حاضر روشن نیست كه آیا یك عامل اپی ژنتیكی این اثر مادری را ایجاد می كند یا نه. آنچه كه سكل به آن علاقه مند بود اینكه نسل های بعدی موش ها، نشانه های مشابه استرس را به طور اپی ژنتیك از مادربزرگشان به ارث می برند؛ استرسی كه خودشان تجربه نكرده بودند. جالب تر اینكه اگر فرزندان مذكر دچار استرس با ماده های طبیعی جفت گیری می كردند، این ماده ها هم فرزندانی به دنیا می آوردند كه نشانه های استرس غیرعادی را نشان می دادند. سكل آنقدر متعجب شده بود كه آزمایش ها را تكرار كرد و نتایج مشابهی به دست آورد.
• ژن های جنسیت
مطالعات اولیه انسان ها هم نشانه های توارث فرانسلی اپی ژنتیكی (trans-generation) را نشان داده است. لارس اولاو بیگرن پزشك سوئدی در همكاری با پمبری متوجه شد كه اگر پدربزرگ پدری در دوران كودكی دچار سوءتغذیه باشد، نوه های پسری او عمر طولانی تری دارند ولی بر روی هیچ یك از نوه های دختری تاثیر نخواهد گذاشت. این وضع نشان می دهد كه مكانیسم انتقال اثرات اپی ژنتیكی در زنان و مردان متفاوت است. این مطالعات حتی نشان داده است كه دسترسی به موقع به غذا در زندگی جد مادری بر روی نوه هایش تاثیر دارد. اپی ژنتیك این نظر را كه تعیین توالی ژنوم انسان همه جواب های لازم درباره توارث انسان را خواهد داد، به زیر سئوال برده است. استلزامات ناشی از تغییرات اپی ژنتیكی DNA كاملاً وسیع و قابل ملاحظه است؛ آنها می توانند بعدی اضافی را به تكامل بیفزایند و آن را نسبت به محرك های مصنوعی پاسخ دهنده كنند كه كاملاً متفاوت با ژنتیك كلاسیك خواهد بود. گاهی محیط تغییراتی را فقط برای چند نسل برمی انگیزد، اما ما هنوز نمی دانیم كه چه چیزی می تواند به طور بالقوه عكس العمل های اپی ژنتیكی را آغاز كند. به نظر می رسد كه میراث ما برای نسل های آینده بیش از آن چیزی باشد كه تا به حال تصور می كردیم.
منبع:سالی پالمر
ترجمه: محمد ملائكه
روزنامه شرق

ژنتيک پايه

اطلاعات اولیه
علم ژنتیک یکی از شاخه‌های علوم زیستی است. بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم می‌توانیم به تشابه یا عدم تشابه دو موجود نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چطور و چرا چنین تشابه و یا عدم تشابه در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری ، بوجود آمده است. علم ژنتیک علم انتقال اطلاعات بیولوژیکی از یک سلول به سلول دیگر ، از والد به نوزاد و بنابراین از یک نسل به نسل بعد است. ژنتیک با چگونگی این انتقالات که مبنای اختلالات و تشابهات موجود در ارگانیسم‌هاست، سروکار دارد. علم ژنتیک در مورد سرشت فیزیکی و شیمیایی این اطلاعات نیز صحبت می‌کند.
منبع گوناگونی ژنتیکی چیست؟ چگونه گوناگونی در جمعیت توزیع می‌گردد؟ البته تمام اختلافات ظاهری موجودات زنده توارثی نیست، عوامل محیطی و رشدی موجود نیز مهم بوده و بنابراین برای دانشمندان ژنتیک اهمیت دارد.
مدتها قبل از اینکه انسان در مورد مکانیزم ژنتیکی فکر کند، این مکانیزم در طبیعت به صورت موثری عمل می‌کرده است. جوامع گوناگونی از حیوانات و جانوران بوجود آمدند که تفاوتهای موجود در آنها ، در اثر همین مکانیزم ژنتیکی بوجود می‌آمد. تغییراتی که در اثر مکانیزم ژنتیکی و در طی دوران متمادی در یک جامعه موجود زنده تثبیت شده، تکامل نامیده می‌شود. تغییرات وسیعی نیز در اثر دخالت بشر در مکانیزم ژنها بوجود آمده که برای او مفید بوده است. جانوران و گیاهان وحشی ، اهلی شده‌اند، با انتخاب مصنوعی ، موجودات اهلی بهتر از انواع وحشی در خدمت به بشر واقع شده‌اند.
تاریخچه
علم ژنتیک در اواخر قرن ۱۹ با آزمایشات « مندل » در نخود فرنگی ، شروع گریدید. با اینکه پیشرفت در اوایل کند بود، ولی در اوایل قرن ۲۰ ، جایگاه مهم خود را در علوم جدید پیدا کرد. آزمایشات متعددی که در این قرن ابتدا در مگس سرکه (توسط « مورگان ») و ذرت و سپس میکروارگانیزم‌ها انجام گرفت، طیف این دانش را به حدی وسیع نمود که امروزه در بیشتر شاخه‌های علوم ، از سطح مولکولی گرفته تا محاسبات پیچیده ریاضی ، مورد بررسی قرار می‌گیرد. با کمک مهندسی ژنتیک انتقال صفات بین گونه‌ها و جنسها امکان‌پذیر شده و این شاخه جدید ژنتیک گره گشای بسیاری از مسائل پزشکی و کشاورزی گردیده است.
رشد تسلسلی مفاهیم ژنتیکی
رشد و گسترش مفاهیم موجود در هر علم ، مبتنی بر واقعیتهایی است که به مرور زمان شناسایی و روی هم انباشته می‌شوند و به این ترتیب رشد تسلسلی آن را بوجود می‌آورند. موارد فهرست‌وار زیر بخشی از مراحل مختلف رشد این علم جوان را تشکیل می‌دهد:
توارث از صفات ویژه تمام موجودات زنده است، یعنی اینکه هر موجود زنده همانند خود را در یکی از مراحل زندگی خود تولید می‌کند.
در تولید مثل ، عامل یا عواملی از والدین به نتایج منتقل می‌شود. فقط در قرن اخیر بود که دانشمندان به واقعیت این امر پی بردند. پیشرفتهای حاصله در اصلاح تکنیکهای میکروسکوپی در قرن ۱۹ روشن نمود که ماده‌ای از والدین به فرزند انتقال می‌یابد و از این تاریخ به بعد اعتقادات پیشینیان مبنی بر اینکه ، تولید مثل از پدیده‌های خارق‌العاده منشا می‌گیرد، مردود شناخته شد.
در داخل یک گونه تغییرات توارثی وجود دارد. با پیدایش مفاهیم و پدیده‌های تکاملی که توسط « لامارک » و « داروین » عنوان گردیدند، امکان وجود تغییرات توارثی بین گونه‌ها توجیه شد و تائید گردید که بدون تغییرات ژنتیکی ، تکامل گونه‌ها به این سادگی امکان‌پذیر نبوده است.
تغییرات ژنتیکی را می‌توان از تغییرات محیطی جدا نمود. صفات موجودات زنده که کلا فنوتیپ آن را تشکیل می‌دهند، تابعی از ترکیب ژنتیکی آنها (ژنوتیپ) و عوامل محیطی است که این موجود در آن زندگی می‌کند. تظاهر فنوتیپ ، تابع ژنوتیپ و عوامل محیطی است. این عوامل ممکن است فنوتیپ را تغییر دهند، ولی ژنوتیپ را تغییر نمی‌دهند. به عبارت دیگر ، محیط صحنه‌ای است که ژنوتیپ بازیگر آن می‌باشد و فنوتیپ نیز محصولی است که در نتیجه عمل متقابل ژنوتیپ و محیط بوجود می‌آید.
ماده‌ای که از یک نسل به نسل دیگر منتقل می‌شود، حامل کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد به صورت رمز (Code) می‌باشد. در سالهای اخیر ماهیت ماده ژنتیکی شناخته شد و معلوم گردید که ماده منتقله از یک نسل به نسل دیگر DNA است که کلیه اطلاعات و خصوصیات یک فرد بالغ را به صورت رمز دارا می‌باشد.
تغییرات آنی ، نادر و غیرقابل پیش بینی شده‌ای در ماده ارثی یک موجود بوجود می‌آید، این تغییرات موتاسیون نام دارند.
ژنها واحدهای ارثی هستند.
عوامل ارثی یا ژنها روی کروموزوم‌ها قرار دارند.
وظیفه یک ژن تولید یک نوع پروتئین یک یک نوع آنزیم می‌باشد.
ارتباط ژنتیک با سایر علوم
ژنتیک علمی است جدید و تقریبا از اوایل سالهای ۱۹۰۰ میلادی با ظهور علوم سیتولوژی و سیتوژنتیک جنبه علمی‌تر به خود گرفته است. علم سیتولوژی با ژنتیک قرابت نزدیکی دارد و به کمک این علم می‌توان مورفولوژی ، فیزیولوژی و وظایف ضمائم مختلف یک یاخته را مورد بررسی قرار داد.
سیتوژنتیک نیز بخشی از علوم زیستی است که روی کروموزوم ، ضمائم یاخته و ارتباط آن با پدیده‌های ژنتیکی بحث می‌کند و در واقع علم دورگه‌ای از سیتولوژی و ژنتیک به شمار می‌رود.
موضوعات مورد بحث در ژنتیک پایه
ژنتیک مندلی :
ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزوم‌ها بحث می‌کند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در کلروپلاست و میتوکندری ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.
تغییرات نسبتهای مندلی :
نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (۳:۱) ، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص ، هم بارزی ، ژنهای کشنده ، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار می‌گیرد که نسبتهای مندلی را تغییر می‌دهد.
احتمالات :
آشنایی با قوانین علم احتمالات ، از نظر درک چگونگی انجام پدپده‌های ژنتیکی ، پیش بینی فنوتیپی ، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم ، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوق‌العاده‌ای می‌باشد.
پیوستگی ژنها :
پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله « سوتون » ، در سال ۱۹۰۳ ، عنوان گردید. سوتون با بیان اینکه کروموزوم‌ها حامل عوامل ارثی (ژنها) هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کرومزوم‌ها بوده و بنابراین هر کروزموزوم ، می‌تواند حامل ژنهای متعددی باشد.
جهش Mutation :
موتاسیون را در اصل ، بدن توجه به تغییرات ماده ژنتیکی ، برای بیان تغییرات فنوتیپی در جانوران یا گیاهان نیز بکار برده‌اند و بدان مناسبت ، موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه موتاسیون تغییر می‌کند را موتان می‌گویند.

نانوغذاهاي ايمن و بي‌خطر

در طی چند سال اخیر فناوری‌نانو به عنوان جزء مهمی از صنعت غذا تبدیل شده است. شرکت‌های مطرح در صنایع غذایی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداخته‌اند و انتظار می‌رود اولین موج محصولات در آینده نزدیک به بازار وارد شود. البته این تنها شروع است و یقیناً فناوری‌نانو در این عرصه راهی طولانی در پیش خواهد داشت.

بنابر یک پیش بینی اقتصادی به وسیله تحلیل گران، بازار نانوغذاها از 6.2 میلیارد دلار فعلی به 7 میلیارد دلار در سال آینده و به 4.20 میلیارد دلار در سال 2010 خواهد رسید .
فناوری‌نانو می‌تواند در خط تولید به منظور ایجاد ریزحسگرها و ماشین‌های تشخیص به‌کار رود و تولید غذاهای فاقد آلودگی را تضمین کند. این نانوابزارها در تشخیص میکروب‌های مضر و تعیین زمان ماندگاری محصول نیز کاربرد دارند و به مدیران در اتخاذ تصمیمات راهبردی مانند انتخاب بهترین روش حمل و نقل و انبار محصولات کمک می‌کنند. به گفته کامپرز، مدیر برنامه بیو فناوری‌نانو در دانشگاه واخنینگن، استفاده از فناوری‌نانو به منظور تضمین کیفیت فرآورده‌های غذایی، یقیناً به نفع مصرف‌کننده است؛ البته نانوحسگرها و تشخیص‌دهنده‌های روبوتیک فعلاً فقط در مراکز تحقیقات به‌کار می‌روند، اما پیش‌بینی می‌شود اولین سری این ماشین‌ها در طی 4 سال آینده در محصولات غذایی ظاهر ‌شوند .

در حال حاضر شرکت‌‌های زیادی مانند Nestle، Food،Hershey، Keystone و Unilever مشغول كار روی نانوغذاها هستند.
گزارش شده است Nestle و Unilever امولوسیون‌هایی از نانوذرات را کشف کرده‌اند که باعث یکنواخت‌تر شدن بافت غذا شده، و می‌توان در تولید محصولاتی مانند بستنی از آنها استفاده كرد. دیگر پروژه‌های این شرکت، کار روی نانوکپسول‌هایی حاوی غذاهای غنی شده است که مواد مغذی و آنتی اکسیدانت‌ها را به تدریج به بخش‌های خاصی از بدن تحویل می‌دهند. این فناوری موادغذایی قدیمی را به ذراتی در ابعاد نانو تبدیل می‌کند که در داخل بدن رها شده و به خوبی جذب می‌شوند. این فناوری در غذاهای جدید کاربرد زیادی خواهد داشت.
یکی دیگر از شرکت‌های پیشگام در توسعه نانوغذاها، شرکت Kraft است که با تأسیس کنسرسیوم نانوتک (Nanotek) در سال 2000 اولین گام‌های ورود فناوری‌نانو به صنعت غذا را برداشت. این کنسرسیوم مجموعه‌ای از 15 دانشگاه و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی ملی است و بیشتر در زمینه تهیه انواع غذاهای تعاملی و فرآورده‌های نوشیدنی فعالیت می‌کند که با ذائقه‌ و نیازهای فردی مصرف کننده سازگار باشد و دامنه وسیعی، از نوشیدنی‌های تغییر رنگ‌دهنده تا غذاهای جدید سازگار با حساسیت مصرف‌کننده (یا نیازهای تغذیه‌ای او) را در برمی‌گیرد. فعالیت دیگر این شرکت، تهیه نانوفیلترهایی است که مولکول‌ها را بیشتر بر اساس شکل و نه بر حسب اندازه غربال می‌كنند، و این مسئله تفكیك اجزای خاصی از یک فرآوده، حتی در دست مصرف کننده را امكان‌پذیر می‌سازد.

از دیگر اهداف این شرکت، کار روی بسته‌بندی‌های هوشمند غذایی است. از نانوحسگرهایی که به رهایش مواد شیمیایی ناشی از فساد غذاها حساس هستند می‌توان در بسته‌بندی‌های هوشمند استفاده كرد، تا به محض شروع خراب شدن غذا، رنگ بسته‌بندی تغییرکرده، به مشتری هشدار می‌دهد. این سیستم به مراتب دقیق‌تر و مطمئن‌تر از فروش با تاریخ مصرف است .

یکی دیگر از شركت‌‌های فعال در زمینه نانوغذا، NutraLease است که روی فناوری غذاهای غنی شده تحقیق کرده و جهت افزایش رهایش زیستی (Biodelivery) مواد غذایی، از نانوکپسول‌ها استفاده می‌کند. این فناوری در نوعی روغن آشپزی به‌کار برده شده است که از استرول‌های گیاهی به منظور کاهش جذب کلسترول و کاهش خطر بیماری‌های قلبی استفاده می‌کند. بر اساس گزارشی این فرآورده باعث کاهش حدود 14درصد ازمیزان کلسترول LDL می‌شود.
شركت Oil Fresh از اجزای نانوسرامیکی در تهیه ماهی‌تابه‌های رستوران‌ها استفاده می‌کند که باعث کاهش زمان سرخ کردن و مصرف روغن می‌شود. استفاده از این فرآورده به رستوران‌ها اجازه می‌دهد که از روغن‌های گیاهی به جای روغن‌های هیدروژنه استفاده کنند و در نتیجه میزان چربی‌های ترانس کاهش یافته و غذاهای سالم‌تری به دست می‌آید.

شركت دیگری به نام Voridian از ترکیباتImpern نانوکامپوزیت ها در ساخت بطری‌های پلاستیکی نوشیدنی‌ها استفاده کرده است. Impern نوعی پلاستیک است که با نانوذرات خاک رس آمیخته و پلاستیک‌هایی به سختی شیشه ولی محکم‌تر را به وجود آورده است، که نسبت به شیشه شکنندگی کمتری دارند. لایه نانوذرات به‌گونه‌ای طراحی شده‌ که فرار مولکول‌های دی‌اکسیدکربن از نوشیدنی و نفوذ مولکول‌های اکسیژن به درون نوشیدنی جلوگیری كرده، در نتیجه باعث حفظ تازگی و افزایش زمان ماندگاری محصول می‌شود.
یکی دیگر از شرکت‌های فعال در این زمینه Nanocor است. این شرکت مهم‌ترین تولیدکننده نانوکامپوزیت های پلاستیکی است. این پلاستیک‌ها ویژگی‌های ویژه‌ای از جمله ایجاد مانع بهتر برای جریان اکسیژن و دی‌اکسیدکربن دارد، که منجر به افزایش زمان نگهداری محصولات نانوکامپوزیت پلاستیک مقاوم می‌شود. همچنین این پلاستیک‌ها از پخش بو جلوگیری کرده، مانع جذب طعم یا ویتامین‌های موجود در غذا به وسیله بسته‌بندی می‌شوند. به طور کلی طراحی مولکولی این پلاستیک‌ها به‌گونه‌ای است که مقاومت محصولات را در برابر آتش و ثبات ساختار آنها را در برابر حرارت بهبود می‌بخشد. به عنوان مثال این مواد در سبدهایی برای جوشاندن مواد غذایی و بسته‌بندی‌هایی برای استفاده در مایکروویو کاربرد دارد. نانوکامپوزیت‌های پلاستیکی در بسته‌بند‌ی های جدید مواد غذایی نیز قابل استفاده هستند .

از دیگر محصولات کلیدی، حسگرهای بویایی الکترونیکی (بینی الکترونیکی) و هم خانواده جدیدتر آنها حسگرهای چشایی الکترونیکی (زبان الکترونیکی) هستند. این وسایل از زبان و بینی انسان تقلید می‌کنند با این تفاوت كه نسبت به طعم‌ها و بوهای ناچیز حساسیت بیشتری دارند.
بینی الکترونیکی آرایه‌ای از حسگرهای گازی در مقیاس نانو است و سطح بالای نانوذرات اجازه عبور بیشترین گاز ممکن از روی آنها را می‌دهد. این فناوری به همراه فناوری تشخیص الگویی، امکان ایجاد یک اثر انگشت دیجیتالی از هر بوی خاص را فراهم می‌کند. این محصولات در آزمایشگاه‌هایی از جمله NASA برای تشخیص مواد شیمیایی در حد ناچیز استفاده شده‌اند؛ اما در حال حاضر در صنایع غذایی جهت کنترل بهترین سطح تولید شده غذاها به‌کار می‌روند. این محصولات همچنین در جهت تشخیص آلاینده‌ها و تجزیه‌ کیفی و کلی‌ غذا مؤثر هستند.

در حال حاضر بعضی شركت‌ها نوعی زبان الکترونیکی را به كار می‌برند که شامل آرایه‌ای از حسگرهای مایع (الکترودهای پوشش داده شده با پلیمرهای هادی) به همراه فناوری تشخیص الگویی است كه قادر به تشخیص طعم‌های ویژه از هم می‌باشد. از کاربردهای مهم این زبان، آزمون چشایی نوشیدنی‌ها مانند آب میوه‌ها، شیر، قهوه، آب معدنی و نوشابه‌ها و همچنین توانایی چشیدن مواد شمیایی در حد PPT است و هزینه تولید آن در حدود 50 سنت می‌باشد. یقیناً این زبان نقش حیاتی خود را در مطالعات غذایی پیدا خواهد کرد. حسگر چشایی، در بسته‌بندی گوشت قادر به تشخیص اولین نشانه‌های فساد مواد غذایی بوده و با تغییر رنگ، فساد ماده غذایی را هشدار می‌دهد.

نوع دیگر فناوری حسگرها، نانوبارکدها هستند که به وسیله شرکت Nanoplex Technologies تولید شده‌اند. نانوبارکدها مدل مولکولی بارکدهای سنتی است و شامل نانوذرات فلزی می‌باشند که اثر انگشت شیمیایی قابل شناسایی و خاصی دارند و می‌توانند از طریق یک ماشین (احتمالاً یک لامپ UV یا میکروسکوپ نوری) تشخیص داده شوند. این نوع بارکدها می‌توانند برای حفاظت مارک و ارزیابی غذاهایی که در حالت عادی نمی‌شود بارکدهای سنتی را روی آنها چسباند، استفاده شود. آنها همچنین برای تشخیص پاتوژن‌ها در غذا مانند E. coli مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حقیقت تشخیص پاتوژن‌ها از دیگر اهداف اصلی فناوری‌نانو در صنایع غذایی است.

هانگ نیز روی نانو حسگرهای زیست‌شناسانه کار کرده است. این حسگرها قادرند مقادیر اندک پاتوژن‌ها در غذا را تشخیص دهند. همچنین امكان استفاده از آنها در مراکز نگهداری و حمل و نقل غذا به منظور کنترل دقیق در مقیاس مولکولی وجود دارد. وی همچنین روی غذاهایی که ”عملکردی“ نامیده می‌شوند کار کرده و نقش مواد مغذی که موجب سلامت و مانع از بیماری‌ می‌شوند را کشف کرده است.

هانگ می‌گوید:«بسیاری از غذا‌ها به صورت ذاتی قادر به جلوگیری از بیماری‌ها هستند مثل چای سبز، هسته انگور و زنجبیل؛ اما مسئله این است که مصرف مستقیم این غذاها فایده‌ای برای بدن نداشته و بدن نیز به سختی آنها را جذب می‌كند؛ بنابراین به یک سیستم تحویل نیاز داریم که دسترسی زیستی آنها را افزایش دهد.«
او به خصوص به جلوگیری از دیابت و چاقی علاقه‌مند است و این سؤال را مطرح می‌کند که چطور می‌توان از غذاهایی مانند بستنی و شکلات‌های خوش طعم استفاده کرد به صورتی که موجب چاقی نشوند؟
در جواب باید گفت استفاده از مواد فیبری و کربوهیدرات‌ها به جای چربی می‌تواند به حل این مسئله کمک کند و برای دیابت نیز باید جایگزین‌های بهتری را برای شکر پیدا کرد.

اگر هانگ یا دیگران بتوانند موفق به ایجاد غذاهایی خوش طعم ولی حاوی مواد جایگزین چربی شوند و یا با به‌کارگیری نانوذرات مانع از جذب و ذخیره‌سازی چربی و کالری به‌وسیله بدن گردند، هدف نهایی را در غذا به دست آورده‌اند.
هانگ می‌گوید:»شركت‌‌های زیادی درباره غذایی که شما را سیر کند ولی تأثیری روی وزن نداشته باشد، تحقیق می‌کنند ولی به دلیل توافق‌های محرمانه هنوز جزئیات فاش نشده است « .

گرچه دسترسی به این فناوری جدید آسان است، اما به دلیل گران بودن محصولات، ورود آن به بازار به این سرعت امکان‌پذیر نیست. البته این مشکلات قابل حل هستند و به زودی شاهد هجوم فرآورده‌های فناوری‌نانو از فرآورده‌هایی مؤثر برای ایمنی و سلامت گرفته تا غذاهای قابل برنامه ریزی و مطابق با سلیقه افراد، به صنعت غذا خواهیم بودکه نتایج شگفت‌آوری را در بر خواهند داشت، فقط باید امیدوار باشیم که یک ترس عمومی مانع از موج ابداع نشود همان‌گونه که برای غذاهای اصلاح شده ژنتیکی این اتفاق افتاد.

جمع‌بندی:
در طی سه سال گذشته، تأثیر عمیق فناوری‌نانو در صنایع غذایی و بسته‌بندی به اثبات رسیده است. اکنون بیش از 300 فرآورده نانوغذایی در بازارهای جهانی موجود است. این موفقیت شگفت انگیز، منجر به سرمایه‌گذاری‌های هنگفتی در زمینه R&D در نانوغذا شده است. امروزه فناوری‌نانو یک شایعه پوچ نیست، بلکه حقیقتی لازم الاجرا در صنایع غذایی است و هر شركتی که بخواهد در صنایع غذایی پیشگام باشد، باید کار با فناوری‌نانو را سریعاً شروع کند .

در حال حاضر بیش از 400 شركت در سراسر دنیا در امر تحقیق، توسعه و تولید نانوغذاها فعالیت می‌کنندكه در صدر آنها، ایالات متحده امریکا، ژاپن و چین قرار دارند. تا سال 2010، آسیا با 50 درصد جمعیت دنیا، به بزرگ‌ترین بازار نانوغذا تبدیل می‌شود و چین نیز در موقعیت پیشگام قرار خواهد داشت .
پیشرفت بیشتر در رمزگشایی DNA و آنالیز آن، صنایع را قادر به پیش‌بینی، کنترل و بهبود محصولات کشاورزی می‌کند. تلفیق این فناوری با فناوری دستکاری مولکول‌ها و اتم‌های غذا، روش قدرتمندی را در اختیار صنایع غذایی می‌گذارد تا غذاهایی با قابلیت بسیار بیشتر و هزینه‌ای کمتر را طراحی کنند.
منبع: http://www.nano.ir

ژن درماني

عدادی از بیماریهای مهم انسان در اثر ناتوانی بدن در ساختن پروتئین بخصوصی ایجاد می‌شود که معمولاً در بافت یا عضو خاص یا در مایعات بدن مانند خون اتفاق می‌افتد و این امر می‌تواند سبب بیماری شدیدی شود که در تمام طول عمر شخص همراه او خواهدبود. بسیاری از بیماریهای ژنتیک از این جمله است مانند: آنمی سیکل سل، هموفیلی، دیسترفی عضلانی دوشن (‏DMD‏)، تالاسمی و غیره.
اولین وعدة زیست فناوری (بیوتکنولوژی) جداکردن و تولید این پروتئینها از طریق مهندسی ژنتیک و فناوری نوترکیبی بود تا آنها را در اختیار بیمارانی قراردهد که فاقد آن پروتئینها بود. حال اگر این پروتئینها به‌صورت داروهای خوراکی استفاده می‌شد هضم شده و بی اثر می‌گشت. برخی از محصولات به‌ وسیله تزریق به بدن می‌رسید، تزریقهای مکرری که روزانه، هفتگی یا ماهیانه یا توسط خود بیمار انجام می‌شد(مثل انسولین) یا توسط پزشک. اما این کارهم خالی از اشکال نبود، زیرا بسیار سخت است که سطح مناسبی از دارو( پروتئین ) را در فواصل بین تزریقها برقرارکرد. از طرفی برخی سلولها نظیر سلولهای مغزی به علت وجود سد خونی مغزی ( ‏BBB‏ ) ممکن است نتوانند مقدار مناسبی از دارو را دریافت کند.
با ظهور ژن درمانی امیدهای تازه ای برای این بیماران فراهم شده است. ژن درمانی تحویل خودِ پروتئینِ درمانی نیست بلکه ژن آن پروتئین را تحویل بیمار می‌دهد. این ژن وارد سلولهای بدن شده و آنها را به کارخانه‌های کوچکی تبدیل می‌کند که پروتئین موردنیاز بیمار را تا مدتی طولانی برایش می‌سازد.
همچنین با استفاده از ژن درمانی اقدام به درمان سرطان کرده‌اند زیرا برخی ژنها باعث می‌شود که سلولهای سرطانی پروتئین خاصی را بیان کند که به داروها حساس‌تر شده یا توسط سلولهای ایمنی بهتر شناسایی شود. این استراتژی باعث می‌شود که شیمی درمانی یا پاسخ ایمنی خودِ بیمار، موثرتر عمل کند.
برای انتقال ژن درمان کننده از روشهای مختلفی استفاده می‌شود. ازجمله تزریق فیزیکی توسط میکرواینجکشن، انتقال توسط لیپوزومها، و انتقال توسط ویروسها که مورد اخیر موضوع بحث ما است. در انتقال ویروسی از ویروسهای مختلف نظیر رترو ویروسها، آدنو ویروسها، لنتی ویروسها، هرپس ویروسها و ‏AAV‏ ویروسها (‏Adeno-Associated Virus‏) استفاده می‌شود.
در روش استفاده از ویروسِ ‏AAV‏ ، ژنهای ویروس از یک ویروس بی خطر به نام "‏AAV‏ ویروس" خارج شده و سپس ژنِ درمان کننده به‌جای آن جایگزین می‌شود. بعد از تزریق این ویروسها به بیمار "‏AAV‏ ویروس ها" می‌تواند ژنِ درمان کننده را به سلولها انتقال دهد. حال پروتئین موردنیاز توسط سلولهای خودِ بیمار ساخته خواهد شد، همان‌گونه که اگر خود سلول ‏DNA‏ مربوطه را می‌داشت عمل می‌کرد. این پروتئین یا وارد غشاء سلول می‌شود تا مورد استفادة خود سلول قرارگیرد یا توسط سلول ترشح می‌شود که مورد استفادة سلولهای دیگر قرارگیرد.
ویروس ‏AAV‏ (‏Adeno-Associated Virus‏)‏
‏"‏AAV‏ ویروس" یک ویروس خیلی ساده از شاخه های خانوادة ‏parvoviridae‏ است و جزء ویروسهای بدون پوشش وکوچک است. "‏AAV‏ ویروس" نامش را به این علت گرفته است که در ۴۰ سال پیش آن را در جریان آلودگی یک نمونة بالینی مبتلا به آدنوویروس کشف کردند. بدین ترتیب نام ‏Adeno-Associated Virus‏ به آن اطلاق شد. به هر حال "‏AAV‏ ویروس" در هیچ یک از خواص ویروسی با آدنوویروسها مشترک نیست و در حقیقت ژنهایشان (‏DNA‏) با هم هیچ شباهتی ندارد و این موضوع مهم است چرا که بر خلاف آدنوویروسها، "‏AAV‏ ویروس" در انسان پاتوژن نیست.
وکتورهای ‏AAV‏ ‏
وکتورهای ‏AAV‏ مشتق از ویروسِ ‏AAV‏ که از عملکرد طبیعی خودشان استفاده کرده و ژنها را به سلول تحویل می‌دهد. جهت تولید یک وکتور ‏AAV‏ ، ویروس ‏AAV‏ را با خارج کردن ژن ویروسی و جایگزین کردن آن با ژن درمان کننده (برای تولید پروتئین مربوط) تغییر می‌دهند.
‏DNA‏ متعلق به "‏AAV‏ ویروس" تک رشته‌ای است و فقط شامل ۲ ژن است. یکی به نام ژن ‏Rep‏ که پروتئینهای مربوط به همانندسازی ‏DNA‏ را کد می‌کند و دیگری به نام ژن ‏Cap‏ که از اسپلایسینگ افتراقی استفاده می‌کند و اجازه می‌دهد که سه پروتئین را کد کند که پروتئینهای پوشش(‏coat‏) ویروس را می‌سازد.
با استفاده از این روش در حالی که هیچ‌‏‎ ‎کدام از ژنهای ویروسی وجود ندارد اتصال سلولی کارا و ساز و کار ورود ژن بوسیلة پروتئین پوششی "‏AAV‏ ویروس" مهیا می‌شود. فقط قسمتی کوچکی از ‏DNA‏ متعلق به ‏AAV‏ در طرفین این قطعة ژنی درمان کننده در وکتور باقی می‌ماند که حاوی قطعات خودکامل شونده ‏DNA‏ ملقب به ‏ITR‏ ها (‏Inverted Terminal Repeats‏ ) است و این ژنها برای تامین سطح بالایی از بیانِ ژنِ درمان کننده‌ای که وکتور آن را حمل می‌کند، لازم است.‏
هر وکتور ‏AAV‏ فقط از ۴ نوع مولکول تشکیل شده است. سه وکتور، دقیقاً در ارتباط با پروتئین‌هایی است که پوشش ویروس را می‌سازد و یک قطعة تک رشته ای ‏DNA‏ ژن درمان کننده و دیگر عناصر تنظیم کننده را کد می‌کند.
سادگی این سیستم باعث می‌شود که گیرندگان وکتورهای ‏AAV‏ در معرض حداقل مقدار مواد خارجی (بیگانه) قرار گیرند. در مقابل دیگر وکتورهای ویروسی که برای ژن تراپی استفاده می‌شود، مانند آنهایی که با استفاده از آدنو ویروس‌ها، لنتی ویروس‌ها، رترو ویروسها، و هرپس ویروس‌ها درست شده‌اند، به‌طور بارزی بزرگتر و پیچیده‌تر است و بنابراین احتمال آن که به پاسخ ایمنی منجر شده و واکنش‌های زیان آوری را برای استفاده های بعدی درپی داشته باشد، بسیار بیشتر است.
عقیده بر این است که وکتورهای ‏AAV‏ خواص مطلوب وکتورهای ویروسی و وکتورهای غیر ویروسی را ترکیب می‌کند و ممکن است نسبت به دیگر وکتورهای ژن درمانی چندین مزیت بالقوة ارائه دهد. این مزایا عبارتند از:
▪ تحویل موثر ژن‏‌ها به هر دو نوع سلول هدف در حال تقسیم و آنهایی که تقسیم نمی شود،
▪ عدم حضور ژنهای ویروسی که می‌تواند مسؤول ایجاد پاسخ ایمنی ناخواسته باشد،
▪ کاربرد ‏in-vivo‏ در بیماران،
▪ میزان بالای بیان ژن
▪ پایداری عالی که اجازه می‌دهد وکتورهای ‏AAV‏ همانند بیشتر محصولات دارویی رایج تولید و ذخیره شده و مورد استفاده قرار گیرد.

محمدرضا حیدرزاده
‎کارشناس آزمایشگاه سازمان انتقال خون گیلان
مجله مهندسی پزشکی و تجهیزات آزمایشگاهی

بيوتکنولوژي در آبزي پروري: تغيير جنسيت ماهي

به دلیل اینکه در خلال رشد ماهی، جهت تولیدمثل، تغییرات گوناگونی در وضعیت جانور روی می دهد، بسیاری از پرورش دهندگان ، ترجیح می دهند که بلوغ ماهی را به تاخیر بیندازند یا از بروز آن ممانعت به عمل آورند و در بیشتر موارد به تولید ماهیان نابالغ یا عقیم مبادرت ورزند. از جمله این تغییرات می توان به نداشتن جذابیت برای مصرف کننده، غیرقابل پیش بینی بودن تغییرات رشد، کارایی تبدیل غذا، رفتار ماهی، رنگ بدن و گوشت و حساسیت به بیماری ها اشاره کرد. لذا در این شرایط تغییر جنسیت و تولید جمعیت های تک جنس مناسب خواهد بود(ستاری و معتمد،۱۳۷۶). تغییر جنسیت ماهی از طریق هورمون ، در واقع تغییر روند طبیعی تمایز جنسی تحت تاثیر هورمون های استروئیدی می باشد که در نتیجه ی آن در ماهیهایی که از لحاظ ژنتیکی ماده هستند، بیضه و یا در ماهیهایی که از لحاظ ژنتیکی نرهستند، تخمدان رشد می یابد ولی فرمول ژنتیکی (ژنوتیپ) کروموزوم های جنسی بدون تغییر باقی می ماند.

● تغییر جنسیت هورمونی

تغییر جنسیت هورمونی به دو طریق اعمال می شود(Gomelsky،۲۰۰۳):

▪ روش مستقیم تولید جمعیت تک جنسی : این روش شامل درمان هورمونی تمام ماهیهای تحت پرورش در طول دوره ی تمایز جنسی می باشد.

▪ روش غیر مستقیم یا کنترل ژنتیکی جنسیت: عبارتست از آمیزش ماهیهای طبیعی با ماهیهایی که از قبل با بکار بردن هورمون تغییر جنسیت یافته اند. به عنوان مثال در ماهیهای جور گامت (هموگامت) مانند کپور معمولی، جمعیت تمام ماده، از طریق آمیزش جنس ماده ی طبیعی (XX) با نر تغییر جنسیت یافته یا نر جدید (که دارای کروموزوم های XX هستند) بدست می آید.

بطور کلی کنترل ژنتیکی جنسیت ماهی روش مناسب تری در مقایسه با روش مستقیم هورمونی می باشد؛ چون از یک طرف نیازی به درمان هورمونی تمام ماهیهای پرورشی نبوده و از طرف دیگر درمان هورمونی از لحاظ مصرف انسانی ایجاد مشکل نخواهد کرد.

جنین از لحاظ فنوتیپی نه دارای سلول های جنسی نر و نه دارای سلولهای جنسی ماده می باشد . در واقع جنین ماهی فاقد تخمدان ، بیضه و سایر خصوصیات مربوط به دستگاه تولید مثل می باشد. جنین در این مرحله دارای سلول های زایگر اولیه (PGC) بوده و در اصطلاح به آن توتی پوتنت یا "چند توانه" گفته می شود . دلیل این نام گذاری این است که جنین قادر است به جنس نر یا ماده تبدیل گردد . در یک زمان خاص از رشد جنین ، پیام های شیمیایی از ژن یا سری های ژنی صادر می گردد که این پیام ها سبب رشد و تکامل سلولهای زایگرا اولیه می شود . در این زمان بافت ها به رشد و نمو خود ادامه داده و ماهی از لحاظ فنوتیپی جنسیت نر یا ماده پیدا می کند . با توجه به مطالب بالا برای تغییر جنسیت ماهی تنها در یک محدوده زمانی که ماهی از نظر فنوتیپی متعلق به جنس نر یا ماده نمی باشد ، قابل اجراست و در خارج از این محدوده ی زمانی تغییر جنسیت فنوتیپی امکان پذیر نخواهد بود.

درمان هورمونی در ماهیان به روش های محتلفی انجام می گیرد. این روش ها به دو گروه سریع و مدت دار یا کند تقسیم بندی می شوند (Crim،۱۹۸۵) :

روش های سریع استفاده از هورمون عبارتست از:

۱) تزریق داخل عضلانی یا تزریق به حفره ی بدن بصورت سوسپانسیون

۲) بکار بردن هورمون در آب آکواریوم

۳) غوطه وری ماهی در حمام آب ساکن حاوی هورمون

این روش معمولا برای گونه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که فرآیند تمایز جنسی کمی بعد از تخم گشایی به وقوع می پیوندد( مانند اکثر آزاد ماهیان)

روش کند عبارتست از :

۱) درمان غذایی

۲) کپسول هورمونی

۳) پلت های کلسترولی

به منظور کنترل جنسیت از سه روشِ درمان غذایی ، تزریق و غوطه وری استفاده می شود.البته قابل ذکر است که در سطح تجاری ، انتخاب روش مناسب استفاده از هورمون به ملاحظات اقتصادی و عملی بستگی دارد . از این رو ، دو روش درمان تغذیه ایی و غوطه وریِ تعداد زیاد ماهی در حمام آب ساکن یا آب در حال جریان روش های رایج عملی در تغییر جنسیت ماهی می باشد (Lee و Donaldson ، ۲۰۰۰) .

روش غوطه وری برای آن دسته از ماهیها مناسب است که تمایز جنسی آنها در مرحله ی جنینی یا در طول مراحل لاروی انجام گیرد این در حالی است که روش درمان غذایی (بکار بردن هورمون از طریق غذا) بیشتر برای گونه هایی بکار می رود که تمایز جنسی در هنگام آغاز تغذیه ی خارجی بوقوع بپیوندد (Lee و Donaldson ، ۲۰۰۰) .استفاده از غذای زنده از قبیل آرتمیا بعنوان ناقل هورمون های استروئیدی در برخی از ماهیها از قبیل باس دهان بزرگ (Garrett ، ۱۹۸۹ ) ، لامپ ماهی (Mortin-Robichaud و همکاران ، ۱۹۹۴ ) انجام گرفته است . این روش جایگزین مناسبی برای روش غوطه وری می باشد . چرا که در برخی گونه ها با فاصله ی بسیار کمی پس از تخم گشایی با آرتمیای غنی شده با هورمون قابل درمان می باشند بدون اینکه نیازی به جایگزینی آب بعد از غوطه وری یا انتقال لارو به حمام آب حاوی هورمون باشد . جلوگیری از بهم خوردن شرایط زیستی لارو ها، بخصوص برای گونه های دریایی که لاروهای خیلی کوچک دارند ، حائز اهمیت است(Lee و Donaldson ، ۲۰۰۰) .

برای القای جنسیت نر از هورمون های آندروژنی و برای القاء جنسیت ماده از هورمون های استروژنی استفاده می شود . کارآیی هورمون های استروئیدی در تغییر جنسیت ماهی به زمان درمان ، دز بکار رفته شده و گونه ی مورد آزمایش بستگی دارد. برای تغییر جنسیت ماهی به جنس نر از ۱۷ – آلفا – متیل تستوسترون و برای تغییر جنسیت ماهی به جنس ماده، از ۱۷ – بتا – استرادیول استفاده می گردد( Thomasو همکاران ، ۲۰۰۳).

مقدار مورد نیاز و مدت زمان درمان هورمونی بستگی به نوع گونه دارد . بعنوان مثال در کپور معمولی ۱۰ میلی گرم هورمون ۱۷- آلفا – متیل تستوسترون به ازاء هر کیلو گرم غذا در ظرف زمانی ۴۰ تا ۸۸ روز پس از خروج لارو از تخم و برای ماهی قزل آلای رنگین کمان ۲۵ میلی گرم به مدت ۷۰ روز از زمان شروع به تغذیه ، برای ایجاد نر زادی بکار رفته است (ستاری و معتمد ، ۱۳۷۶) .

در زمینه ی القاء ماده زادی نیز با توجه به نوع گونه ، مقدار هورمون و دوره ی زمانی درمان متفاوت می باشد . برای نمونه قزل آلای رنگین کمان با ۲۰ میلی گرم هورمون ۱۷- بتا – استرادیول به ازاء هر کیلو غذا به مدت ۶۰ روز پس از شروع تغذیه به جنس ماده تبدیل می شود(ستاری و معتمد ، ۱۳۷۶) .

▪ تغییر جنسیت ژنتیکی و تولید جمعیت های تک جنسی

با وجود اینکه تعداد هورمون مصرفی توسط هر ماهی کم بوده و سریعا از بدن ماهی دفع می گردد و از این لحاظ مصرف این گونه ماهیها توسط انسان مشکل خاصی را بوجود نمی آورد ( Thomasو همکاران ، ۲۰۰۳). ولی به دلیل مخالفت های متعددی که در زمینه درمان هورمون ماهیها صورت گرفته (ستاری و معتمد ، ۱۳۷۶) ، از برنامه های ژنتیکی برای کاهش این مشکل استفاده شده است. بعنوان مثال ، برای تولید جمعیت تمام ماده ی ماهی قزل آلای رنگین کمان ابتدا نوزادان ماهی مورد نظر را با هورمون ۱۷- آلفا – متیل تستوسترون تحت درمان قرار داده و بدین ترتیب ماهیهایی با فنوتیپ نر تولید می گردد که دارای بیضه و صفات ثانویه جنسی نر می باشد . اما از لحاظ ژنوتیپی ماده می باشد (xx) . حال اگر این ماده های نر زاد یا نرهای جدید که حاوی اسپرم می باشند را با تخم های طبیعی لقاح دهند، ماهیانی تولید خواهند شد که همگی ماده حاوی کروموزوم xx می باشند .

از آنجایی که نمی توان جنسیت نوزادانی را که در مرحله شروع به تغذیه بسر می برند،تشخیص داد، لذا ابتدا باید همگی آنها را ، اعم از نر و ماده، تحت درمان با هورمون های نرزادی قرار داد. در نتیجه ، زمانی که این نوزادان به مرحله بلوغ جنسی رسیدند، لازم است که از روش آمیزش برگشتی استفاده نماییم تا بتوانیم ماده های نرزاد با ژنوتیپ XX را از نرهای طبیعی با ژنوتیپ XY متمایز کنیم. در قزل آلای رنگین کمان ، می توان برای این تمایز، از علایمی کمک گرفت ، زیرا در ماده های نرزاد مجاری اسپرم بر مسدود یا ناکامل است و آنها نمی توانند پس از بلوغ کامل ، اسپرم ریزی کنند. لذا هر ماهی نری که بتواند اسپرم های خود را آزاد کند ، ماده ی تغییر جنسیت یافته نیست و نباید از آنها برای تولید ماهیان مولد تماما ماده استفاده کرد(ستاری و معتمد ، ۱۳۷۶).

در بین ماهیهایی که دارای سیستم تعیین جنسیت XY / XX هستند، از طریق تولید ماهی ابرنر ( نرهای داری کروموزوم های YY ) امکان تولید جمعیت تمام نر وجود دارد ( Mair و همکاران،۱۹۹۷)

مریم کشاورز

کاربردهاي سلولهاي بنيادي

سلول های بنیادی چه کاربردهایی می تواند داشته باشد؟

بیش تر سلول های تخصص یافته ی انسان اگر آسیب سختی ببینند یا بیمار شوند، نمی توانند با فرایندهای طبیعی جایگزین بشوند. از سلول های بنیادی برای پدید آوردن سلول های تخصص یافته ی سالم و کارآمد می توان بهره گرفت و این سلول ها را جایگزین سلول های آسیب دیده یا بیمار کرد.

جایگزین کردن سلول های بیمار با سلول های سالم را سلول درمانی می نامند و مانند فرایند جایگزین کردن اندام است؛ البته، در این جا به جای اندام تنها از سلول ها بهره می گیرند. برخی بیماری ها و آسیب ها را می توان با جایگزین اندام سالمی درمان کرد، اما اندوخته ی اندام ها اهدایی بسیار اندک است. سلول های بنیادی می توانند سرچشمه ی جایگزین و نوشدنی از سلول های تخصص یافته باشند. به تازگی، پژوهشگران بهره گیری از سلول های بنیادی جنینی و بالغ را به عنوان خاستگاه گونه های سلولی تخصص یافته، مانند سلول های عصبی، سلول های ماهیچه ای، سلول های خون و سلول های پوست، برسی می کنند تا آن ها را برای درمان بیماری های گوناگون به کار برند.

برای مثال، در بیماری پارکینسون، سلول های بنیادی ممکن است برای پدیدآوردن گونه ی ویژه ای از سلول ها عصبی، سلول هایی که دوپامین آزاد می کنند، به کار آیند. اکنون در میدان نظر، این سلول های عصبی را می توان در بدن بیمار کار گذاشت و آن ها در آن جا شبکه ی عصبی را در بخش آسیب دیده از نو سیم کشی خواهند کرد و کارکرد آن بخش را به آن بازمی گردانند و بنابراین، بیمار را درمان می کنند. برخی از این کاربردها شامل موارد زیر می شود:

۱)سلول های بنیادی، قدرت شنوایی و بینایی را در حیوانات برمی گردانند

محققان می گویند سلول های بنیادی حاصل از جنین های کوچک می تواند قدرت شنوایی و بینایی را در حیواناتی که توانایی دیدن و شنیدن را از دست داده اند، بازگرداند. به نقل از رویترز، یک گروه تحقیقاتی، با استفاده از سلول های بنیادی مغز استخوان انسان، شنوایی را در خوکچه های هندی ترمیم کردند و یک گروه دیگر از پژوهشگران با استفاده از سلول های بنیادی قورباغه، نوزادان نابینای قورباغه را صاحب چشم های سالم کردند. هرچند این یافته ها هنوز در انسان آزمایش نشده است اما می تواند به روشن شدن برخی از مهم ترین فرآیندهای زیست شناختی در رشد و نمو شنوایی و بینایی کمک کند و در ایجاد حوزه جدید پزشکی باززایی مفید واقع شود...

آناند اسواروپ، محقق سلول بنیادی در موسسه ملی چشم و یکی از اعضای موسسه های ملی سلامت آمریکا گفت: "این کشف نشانگر قابلیت فوق العاده تحقیقات سلول های بنیادی در درمان گستره وسیعی از بیماری های مرگبار و ناتوان کننده است که میلیون ها انسان را مبتلا کرده است. "

محققان در آزمایشگاه، سلول های بنیادی را به سلول های شبه نرون تبدیل کردند و سپس آنها را به گوش داخلی خوکچه های هندی پیوند زدند. سه ماه بعد این خوکچه ها بخشی از شنوایی خود را به دست آوردند. هدف از انجام این مطالعه، رشد مجدد سلول های حساس شنوایی اعلام شده است. این سلول ها نقش حیاتی در قدرت شنوایی پستانداران دارند. با این وجود محققان هنوز نمی دانند چگونه این فرآیند اتفاق می افتد. محققان در یک کنفرانس مطبوعاتی، هدف نهایی از انجام این تحقیقات را، مطالعات مشابه روی انسان اعلام کردند. هنگامی که سلول های حساس شنوایی در گوش داخلی انسان و سایر پستانداران در اثر صدای بلند، بیماری های خودایمنی، داروهای سمی و یا پیری می میرند، آسیب دایمی به شنوایی وارد می شود. در این میان پرندگان و خزندگان خوش شانس ترند. سلول های شنوایی آسیب دیده در این حیوانات، باززایی کردند و قدرت شنوایی حیوان را بازگرداندند. در یک مطالعه دیگر، مایکل زوبر و همکارانش در دانشگاه پزشکی سانی در نیویورک با استفاده از سلول های بنیادی، در جنین نابینای قورباغه، چشم های سالم تولید کردند. معمولا سلول های بنیادی قورباغه در محیط آزمایشگاه فقط به پوست تبدیل می شوند اما گروه زوبر هفت عامل ژنتیکی مختلف را که موجب فعال شدن ژن های تشکیل دهنده چشم می شوند، به ظرف آزمایش خود اضافه کردند.

زوبر گفت: "هنگامی که سلول های تغییر یافته به جنین قورباغه پیوند زده شد، نوزادان قورباغه، می توانستند ببینند. آزمایش های ژنتیکی نشان داده است سلول های بنیادی به انواع بسیار متفاوت سلول ها تبدیل می شوند. " با این وجود وی تاکید کرد که نتیجه این مطالعه هنوز روی انسان کاربردی ندارد. وی افزود: "هدف پزشکی باززایی، تولید مجدد انواع مختلف سلول ها است. "

۲)درمان نابینایی با سلول های بنیادی

نابینایی یکی از کابوس های بزرگ انسان است؛ چرا که در بسیاری از موارد درمانی برای آن وجود ندارد، اما انسان هم موجودی نیست که به راحتی در مقابل سختی ها و بیماری ها کوتاه بیاید.

اخیراً دانشمندان انگلیسی، توانسته اند به کمک سلول های بنیادی، حس بینایی را به موش های نابینا برگردانند.

این موفقیت گامی به سوی درمان بسیاری از افراد نابینا محسوب می شود؛ هرچند که از درمان موش های کور تا درمان انسان های نابینا هنوز فاصله زیادی وجود دارد.

دانشمندان انگلیسی موفق شده اند حیواناتی را که چشم آنها در اثر بیماری های مشابه آنچه در انسان دیده می شود آسیب دیده، معالجه کنند. آنها با پیوند زدن سلول های بنیادی شبکیه به چشم این حیوانات نابینا موفق به این کار شده اند.

محققان می گویند اگر از نتایج این دستاورد بتوان برای معالجه بیماری های چشم انسان استفاده کرد، میلیون ها نفر که مبتلا به انواع مختلف بیماری های شبکیه چشم هستند - از مشکلات ناشی از سالمندی گرفته تا دیابت - از آن بهره خواهند برد، چرا که پیش از این ترمیم سلول های شبکیه چشم امکان نداشت.

شبکیه چشم، لایه ای از سلول های عصبی و حساس به نور مخروطی و استوانه ای است که تصاویر را به پیام های عصبی تبدیل می کند و به دلیل داشتن ماهیت عصبی، در صورت آسیب دیدگی ترمیم نمی شود.

اصولاً ترمیم سلول های عصبی بطور طبیعی در بدن انسان به صورت بسیار محدود انجام می شود. می توان گفت سلول های عصبی یا همان "نورون " ها تقریباً غیر قابل ترمیم تلقی می شوند و ازهمین روست که مثلاً یک بیمار دچار ضایعه نخاعی را نمی توان به آسانی درمان کرد.

به این دلایل است که گامی، هرچند کوچک، در ترمیم سلول های عصبی، می تواند موفقیت بزرگی تلقی شود. در مطالعه اخیر، که با بودجه شورای تحقیقات پزشکی انگلستان انجام شده، دانشمندان موسسه تحقیقات چشم و بهداشت کودک وابسته به دانشگاه لندن و بیمارستان چشم مورفیلدز، سلول هایی را که از رشد بیشتری برخوردار بودند و از قبل برای تبدیل شدن به دریافت کننده های نوری برنامه ریزی شده بودند را به چشم موش های نابینا پیوند زدند.

تیم پزشکان، سلول های بنیادی مورد نیاز در این پیوند را از موش های پنج روزه، یعنی زمانی که شبکیه شکل می گیرد، برداشتند. این سلول ها سپس به چشم حیواناتی که از لحاظ ژنتیکی طوری طراحی شده بودند که مبتلا به بیماری چشمی شوند و به تدریج بینایی خود را از دست بدهند، پیوند زده شد.

پیوند موفق بود. سلول های بنیادی به سلول های شبکیه تبدیل شده و سلول های تازه شبکیه به سایر سلول های عصبی شبکیه پیوند خوردند و به این ترتیب حس بینایی دوباره به موش های نابینا شده بازگشت.

آزمایش ها نشان داد که مردمک چشم موش به نور واکنش نشان داد و عصب چشم فعال بود و ثابت می کرد علائم به مغز ارسال می شود.

دانشمندان می گویند شاید شبکیه یکی از بهترین نقاط برای امتحان کردن پیوند سلولی باشد، زیرا نابودی دریافت کننده های نوری در ابتدا به باقی بخش های عصبی میان چشم و مغز آسیب نمی رساند.

تلاش های قبلی برای پیوند زدن سلول های بنیادی، به این امید که به دریافت کننده های نوری تبدیل شوند، شکست خورده بود، چرا که سلول ها از رشد کافی برخوردار نبودند.

با وجودی که نتایج این کار در موش ها خیلی خوب جواب داده ولی تکرار کاری مشابه آن در انسان کمی مشکل است و البته این مشکل، بیشتر اخلاقی است، چرا که برای اینکه بتوان از سلول های بنیادی انسان در مرحله ای که در حال تبدیل به سلول های شبکیه است، استفاده کرد، باید سلول های بنیادی از جنین در سه ماه دوم بارداری برداشته شود.

به همین خاطر، گروه تحقیقاتی دانشگاه لندن و بیمارستان چشم پزشکی مورفیلدز قصد ندارد در این مسیر حرکت کند.

دکتر رابرت مک لارن، متخصص در بیمارستان چشم مورفیلدز که در این تحقیقات شرکت داشته در این باره می گوید: "اکنون، هدف مطالعه سلول های بنیادی بزرگسالان است تا معلوم شود آیا امکان تغییر ژنتیکی آنها به طوری که مانند سلول های شبکیه موش رفتار کنند وجود دارد یا نه؟ "

سلول هایی در حاشیه شبکیه چشم افراد بزرگسال وجود دارد که تصور می شود دارای خواص سلول های بنیادی باشد و به گفته تیم متخصصان این پروژه تحقیقاتی، می تواند برای عمل پیوند مفید باشد.

۴)درمان ناباروری با سلول های بنیادی

ناباروری دغدغه ۱۰ تا ۱۵ درصد مردم دنیاست. آماری که کم و بیش، با همین رقم خودش را در مرزهای کشور هم نشان می دهد.

طبق اعلام سازمان جهانی بهداشت (WHO) تعداد زوج های نابارور دنیا به ۵۱۰ میلیون زوج می رسد. با این حال، ایران در سال های اخیر در درمان ناباروری حرف های زیادی برای گفتن داشته است.

باز شدن پای تحقیقات مربوط به سلول های بنیادی هم در این میان، دریچه تازه ای است که شاید به زودی به روی جماعت در انتظار فرزند گشوده شود. محققان ایرانی امیدوارند با پیوند سلول های بنیادی به افراد نابارور قابلیت به وجود آمدن نطفه در آن ها را به وجود می آورند.

محمدرضا نوروزی رئیس انجمن ناباروری ایران، می گوید: " یکی از روش های جدید درمان ناباروری استفاده از سلول های بنیادی برای مردان و زنانی است که توانایی تولید نطفه ندارند. آزمایش های مطالعات حیوانی این روش در ایران بر روی موش انجام شده و موفقیت آمیز بوده است. فاز انسانی مطالعه این روش هم شروع شده که اگر به جواب نهایی برسد، تحول مهمی در درمان ناباروری محسوب می شود. "

بر اساس مطالعات انجام شده، ۹۰ درصد زوج های نابارور می توانند با استفاده از یکی از روش های درمانی موجود صاحب فرزند شوند. استفاده از سلول های بنیادی می تواند مشکل ۱۰ درصد باقیمانده را حل کند. "

● شیوع ناباروری

در حال حاضر، روش های درمانی مختلفی برای درمان ناباروری در ایران و جهان وجود دارد. لقاح مصنوعی، IVF و میترواینجکشن از جمله این روش ها هستند که به گفته درمانگران به طور معمول تا حدود ۳۵درصد در درمان ناباروری مؤثر ند.

روش تخمک گذاری و لقاح مصنوعی معمولا به تولد چند جنین منتهی می شود. در حالی که زوج های نابارور معمولا خواهان یک فرزند هستند و این یکی از عوارض این نوع درمان ها است که در برخی کشورها مانند چین با توجه به سیاست کشورشان محدودیت هایی برای این روش قائل شده اند. البته این مسئله در کشور ما هنوز بلاتکلیف است.

به گفته رئیس انجمن ناباروری ایران، در دنیای امروز عوامل مختلفی موجب ناباروری در مردان و زنان می شود که علاوه بر عوامل ژنتیک عوامل اجتماعی، زندگی شهری، برخورد با اشعه ها، بیماری های عفونی شایع جوامع، در این زمینه دخیل هستند.

تئوری هایی که مبنی بر تأثیر آلودگی هوا و امواج موبایل در این زمینه مطرح است که هنوز اثبات نشده است.

عوامل روحی روانی هم موجب ناتوانی جنسی و کم شدن ارتباط جنسی می شود که در این زمینه دخیل هستند. علاوه بر این بالا رفتن سن ازدواج موجب شده است که شانس ناباروری در زوج های جوان افزایش یابد.

۵)کاربرد سلولهای بنیادی در بیماری پارکینسون

بیماری پارکینسون از جمله بیماریهای سیستم اعصاب مرکزی است که بیش از ۲درصد جمعیت بالای ۶۵ سال را دربرمی گیرد. این بیماری از دیدگاه آسیب شناسی با از بین رفتن گروه خاصی از نورون ها در ناحیه مغز میانی به نام نورون های دوپامینرژیک مشخص می شود. لرزش، سختی و کم حرکتی که از بارزترین نشانه های این بیماری است، در اثر از بین رفتن این نورون ها ایجاد می شود. از دیگر نورون هایی که در این بیماری دچار آسیب می شوند، نورون های نورآدرنرژیک و سروتونرژیک نواحی خاصی از مغز میانی است که در ایجاد افسردگی و زوال عقلی یا دمانس (Dementia) که غالباً با این بیماری همراه هستند، دخیل است.

علت از بین رفتن گروه خاصی از نورون ها در بیماری پارکینسون نامشخص است لیکن گمان می رود تنش ناشی از حضور اکسیژن (oxidative stress)، عملکرد نادرست میتوکندری و excytotoxic damage در فیزیوپاتولوژی این بیماری مؤثر باشند؛ در ضمن به دلیل اینکه این بیماری در اغلب موارد به صورت انفرادی (sporadic) است، گمان می رود فاکتورهای ژنتیکی همراه با فاکتورهای محیطی نظیر ویروسها در بروز این بیماری نقش ایفا می کنند. در عین حال موارد نادری از این بیماری به صورت خانوادگی وجود دارد. در این موارد جهش در ژن های خاصی که عمدتاً در تجزیه پروتیین ها نقش دارند، عامل اصلی بروز بیماری است. رایج ترین روش درمانی این بیماری استفاده از داروهای L-Dopa و Carbidopa است. این دو ماده سبب افزایش سنتز و رهاسازی دوپامین می شوند در رفع کم تحرکی و سختی، به ویژه در مراحل اولیه درمان مؤثر هستند.

اما با پیشرفت بیماری به دلیل از بین رفتن نورون های دوپامینرژیک سنتز دوپامین، نتیجتاً کارآیی درمان کاهش می یابد. به تازگی روش جدید سلول درمانی برای درمان این بیماران مورد توجه قرار گرفته است. در این روش، درمان با پیوند سلولهای مناسب به ناحیه آسیب دیده صورت می گیرد. بدین منظور می توان انواع مختلی از سلول ها از جمله بافت مغزی جنین را به کار برد. لیکن به دلیل مشکلات اخلاقی و تکنیکی موجود به دلیل نیاز به تعداد زیاد جنین و نیز رد پیوند استفاده از این روش با محدودیت های زیاد روبرو است.گزینه دیگر برای سلول درمانی استفاده از سلولهای بنیادی (stem cell) است. به منظور کاربرد این سلولها در پیوند و درمان بیماری پارکینسون لازم است این سلولها ابتدا به نورون های دوپامینرژیک تمایز یابند. با دو روش کلی می توان به این هدف نایل شد: ۱) دستکاری ژنتیکی سلولهای بنیادی ۲)تغییر شرایط محیط کشت سلولهای بنیادی. در روش اول با واردکردن ژنی که نقش اساسی در تکوین نورون های دوپامینرژیک دارد ( نظیر فاکتور رونویسی Nurrl) به سلولهای بنیادی، تمایز این سلولها را به نورون های دوپامینرژیک موجب می شویم.

در روش دوم با اضافه کردن فاکتورهای القاکننده خاص به محیط کشت و از طریق کشت همراه (coculture) سلولهای بنیادی با گروه خاصی از سلولها که توانایی القای سلول بنیادی به سلولهای عصبی را دارند نورون های دوپامینرژیک حاصل می شود. فاکتورهایی که جهت القا استفاده می شوند عمدتاً برگرفته از مسیرهای تکوینی طبیعی تولید این نورون ها در بدن است و از آن جمله می توان فاکتورهای Shh و FGF۸ را نام برد. شناسایی نورون های دوپامینرژیک براساس داشتن آنزیم (TH) Tyrosine Hydroxylase صورت می گیرد. TH آنزیم اصلی در مسیر تولید دوپامین از اسید آمینه Tyrosine است. پس از تولید سلولهای بیان کننده این آنزیم، این سلولها به موش مدل پارکینسونی تزریق می شوند. چنین موشی با وارد کردن آسیب بافتی به ناحیه خاصی از مغز میانی (midstriaTum) به وسیله تزریق ماده (۶-OHD hyroxydopamine) حاصل می شود. گروه دیگری ازمحققان از سلولهای بنیادی تمایز نیافته جهت پیوند استفاده کرده اند. این سلولها پس از پیوند به ناحیه آسیب دیده، به نورون های دوپامینرژیک تمایز می یابند. با این حال در هر دو نوع آزمایش مشکلاتی در زمینه تعیین تعداد دقیق سولهای پیوند شده و احتمال تشکیل تومور و مرگ سلولهای پیوند شده وجود دارد. لذا با وجود تحقیقات صورت گرفته، هنوز مطالعات بیشتری به منظور ارزیابی کارایی و ایمنی پیوند سلولهای بنیادی جهت درمان بیماران پارکینسونی نیاز است

۶)روش جدیدی برای پیوند سلول های بنیادی به بیماران قلبی با استفاده از نانوتکنولوژی

استفاده از سلول های بنیادی برای درمان بیماری های صعب العلاج، یکی از امیدهای در حال تحقق بشر در حوزة علوم پزشکی است که روزبه روز، افق های تازه ای از آن نمایان می شود. در مطلب حاضر که گزیده ای از سخنان دکتر علیرضا قدسی زاد، رزیدنت سال پنجم جراحی قلب در دانشگاه دوسلدورف آلمان است، به روش جدیدی از پیوند سلول های بنیادی بالغ به بیماران قلبی اشاره شده است که در آن از نانوتکنولوژی هم استفاده می شود. وی این روش را به عنوان پروژة تحقیقاتی برای اتمام دورة تخصصی جراحی قلب انجام داده است:

استفاده از سلول های بنیادی برای درمان بیماری های صعب العلاج، یکی از امیدهای در حال تحقق بشر در حوزة علوم پزشکی است که روزبه روز، افق های تازه ای از آن نمایان می شود. در مطلب حاضر که گزیده ای از سخنان دکتر علیرضا قدسی زاد، رزیدنت سال پنجم جراحی قلب در دانشگاه دوسلدورف آلمان است، به روش جدیدی از پیوند سلول های بنیادی بالغ به بیماران قلبی اشاره شده است که در آن از نانوتکنولوژی هم استفاده می شود. وی این روش را به عنوان پروژة تحقیقاتی برای اتمام دورة تخصصی جراحی قلب انجام داده است:

● هدف از پیوند

هدف از انجام این عمل، تهیه و پیوند نوع خاصی از سلول های بنیادی بالغ ( Adult stem cells ) به بیماران قلبی بود. بیمارانی که در این روش مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفتند، دچار ایسکمی عضلات قلبی (از بین رفتن سلول های میوکارد در نتیجة قطع جریان خون یا Myocardial-ischemia ) بودند و انجام عمل پیوند عروق میان بُر کرونری یا بای پس ( Bypass ) برای آنان کارساز نبود.

در این روش جدید که نوعی Stem cell therapy (درمان با استفاده از سلول های بنیادی) است و نیازمند انجام عمل قلب باز است، ابتدا با استفاده از نور لیزر، بافت عضلانی قلب بیمار در ناحیة دچار ایسکمی تحریک می شوند. سپس، سلول های بنیادی اخذشده از خود فرد به اطراف ناحیة دچار آسیب تزریق می شوند تا ضمن تمایز به سلول های عضلة قلب، منطقة آسیب دیده را ترمیم نمایند.

▪ سلول های بنیادی مورد استفاده و شیوة عمل

مطالعات بالینی ما برای بررسی کارایی روش یادشده در ترمیم ضایعات عضلة قلب، تاکنون بر روی هشت بیمار دچار ایسکمی عضلة قلب انجام شده است. در این روش که در نوع خود شیوه جدیدی از پیوند سلول های بنیادی به بیماران محسوب می شود، از سلول های بنیادی بالغ ردة ACC۱۳۳ + که از مغز استخوان ( Bone marrow ) خود بیمار جداسازی می شود، استفاده می گردد. در شیوة مذکور، کل مراحل نمونه گیری (آسپیراسیون) از مغز استخوان بیمار، جداسازی سلول های بنیادی ACC۱۳۳ + و تزریق آن ها به ناحیة ایسکمیک عضلة قلب، در مدت زمانی حدود ۳ ساعت قابل انجام است.

لازم به ذکر است که در این روش، نمونه مغز استخوان، پس از بیهوشی بیمار در اتاق عمل و از استخوان های لگن تهیه می شود. حجم نمونة مغز استخوان گرفته شده در این مرحله فاکتور مهمی است که تعداد نهایی سلول های بنیادی ACC۱۳۳ + را تعیین می کند. گروه جراحی ما تاکنون بیشترین مقدار گزارش شدة مغز استخوان (حدود ۳۳۰ میلی لیتر) در دنیا را از بیمار اخذ کرده است. پس از این مرحله، سلول های بنیادی مورد نظر با استفاده از کیت خاصی از نمونة آسپیرة مغز استخوان جداسازی می شود و به روش ترانس اپی کاردیال (از بیرون عضلة قلبی) به نقاط متعدد اطراف ناحیة ایسکمیک تزریق می شود.

▪ استفاده از لیزر به عنوان عامل تقویت کننده

استفاده از لیزر در این عمل به علت توان آن در ایجاد واکنش التهابی ( Inflammation ) موقت در بافت و افزایش خون رسانی به ناحیة دچار آسیب است. در واقع قبل از تزریق سلول های بنیادی به ناحیة ایسکمیک، جهت تحریک خون رسانی به آن ناحیه و زنده نگهداشتن سلول های بنیادی تزریق شده، از خاصیت التهاب زایی موقت لیزر به عنوان یک عامل کمکی در ترمیم سریع تر ناحیه استفاده می شود. در این عمل، ابتدا به کمک لیزر حدود ۱۵ تا ۲۰ حفره در عضلة قلب ایجاد شده و سپس سلول ها به اطراف ناحیة دچار ایسکمی تزریق می شوند. بنابراین، لیزر در این عمل فقط به عنوان یک عامل تقویت کننده ( Booster ) برای افزایش جریان خون استفاده می شود.

● مزایای این روش پیوند

روش مورد استفاده در این نوع عمل پیوند، در مقایسه با شیوه های دیگر پیوند سلول های بنیادی به بیماران قلبی، از ویژگی ها و مزایای زیادی برخوردار است که مهم ترین آن ها به این شرح است:

۱) با توجه به این که کلیة مراحل استخراج و پیوند سلول های بنیادی در مدت زمان حدود ۳ ساعت قابل انجام است، بنابراین مدت ماندن بیمار در اتاق عمل به طور قابل ملاحظه ای کوتاه تر است.

۲) استفاده از کیت ویژة جداسازی سلول های بنیادی در یک سیستم بسته و استریل، عملاً نیاز به آزمایشگاه های مجهز و پیشرفته با استانداردهای خاص ( GMP Lab ) را مرتفع می کند. این کار با بالابردن ضریب ایمنی کار، احتمال انتقال آلودگی و عفونت به بیمار را منتفی می سازد.

۳) تمام مراحل تهیة نمونه مغز استخوان، جداسازی سلول ها و پیوند آن ها، در اتاق عمل و صرفاً توسط خود جراح قلب صورت می گیرد. بنابراین، با استفاده از این شیوه نیازی به همکاری گروه دیگری از متخصصان مانند هماتولوژیست ها و غیره نیست.

۴) با توجه به این که در این روش علاوه بر تزریق سلول های بنیادی به اطراف عضلة دچار عارضه، از خاصیت هم افزایی نور لیزر نیز استفاده می شود، در نتیجة التهاب موقت ایجادشدة ناشی از تابش نور لیزر، خون رسانی به ناحیة ایسکمیک و تزریق شده، افزایش می یابد و با این کار، احتمال موفقیت در پیوند سلول های بنیادی و زنده ماندن سلول های پیوندی افزایش می یابد.

● این روش پیوند برای کدام گروه از بیماران قلبی مناسب است؟

گروهی از بیماران قلبی برای درمان مشکلات و نارسایی های قلبی، نیاز به عمل جراحی قلب باز و پیوند عروق میان بُر کرونری یا بای پس دارند. اما گاهی اوقات پس از این که بیماری برای انجام عمل بای پس عروق کرونری، تحت عمل قلب باز قرار می گیرد، به علت برخی مشکلات از جمله کوچک بودن رگ بسته شده یا سفت شدن بافت های پیرامونی، امکان چنین عملی برای بهبودی وی وجود ندارد. در این شرایط، یکی از بهترین گزینه ها انجام عمل پیوند سلول های بنیادی به ناحیه دچار آسیب قلب است. بنابراین، در روش مذکور جراح قلب قادر است پس از مواجهه با چنین بیمارانی، فقط در مدت زمان ۳ ساعت، ضمن تهیة سلول های بنیادی، آن ها را به قلب بیمار پیوند بزند. به عبارت بهتر، یکی از قابلیت های ارزشمند و در خور توجه این روش آن است که نه تنها پیش از عمل جراحی، بلکه پس از بازکردن قفسة سینة بیمار نیز، جراح این امکان و فرصت را خواهد داشت تا از روش سلول درمانی استفاده کند.

شایان ذکر است که در بیش از ۵۰ درصد بیماران قلبی، قبل از اقدام به عمل جراحی معیارهای لازم برای پیوند سلول های بنیادی وجود دارد. اما با این روش، در مورد بیماران دیگری که در حالت اورژانس به بیمارستان منتقل شده و این تشخیص قبلاً برای آن ها داده نشده باشد، می توان پس از اقدام به عمل جراحی و در حین کار چنین تصمیمی را اتخاذ کرد. برای مثال، اگر بیمارانی که در مرحلة نهایی نارسایی قلبی ( End stage heart failure ) قرار داشته و به علت سخت شدن دیواره عروق کرونری، رگ های درگیر به طور کامل بسته شده و به موقع تحت درمان بای پس قرار نگیرند، جراح تنها پس از باز کردن قفسة سینه بیمار متوجه عدم کارایی روش بای پس برای درمان فرد می شود. در چنین موارد اورژانسی، می توان با پیوند سریع سلول های بنیادی به قلب بیمار، جان او را نجات داد.

● هزینه پیوند سلول های بنیادی با روش مذکور

همان طور که قبلاً ذکر شد، در روش یادشده، برای تهیة سلول ها از کیت ویژه ای برای جداسازی سلول های بنیادی ACC۱۳۳ + از نمونة مغز استخوان بیمار استفاده می شود. هزینة استفاده از این کیت برای هر بیمار در حدود سه تا هفت هزار یورو است. علت گران بودن این کیت آن است که کل لوازم آن یکبار مصرف بوده و برای هر عمل باید مجموعة تازه ای استفاده شود. اما علیرغم گران بودن کیت، استفاده از این ابزار به دلیل استریل بودن و داشتن سیستم کاملاً بستة آن، نیاز به سرمایه گذاری های کلان جهت تجهیز آزمایشگاه های پیشرفته با شرایط GMP Lab برای تهیة سلول های بنیادی عاری از آلودگی را کاملاً مرتفع می کند. لازم به ذکر است که کیت مورد استفاده در این عمل ویژة کارهای بالینی است و با انواع آزمایشگاهی آن که ارزان تر بوده و مجوزهای استفاده برای انسان را ندارد، کاملاً متفاوت است.

● خصوصیات سلول های بنیادی مورد استفاده

همان طور که ذکر شد، از سلول های بنیادی ردة ACC۱۳۳ + که از مغز استخوان خود فرد جداسازی می شود، برای سلول درمانی در این روش استفاده می شود. در حال حاضر و بر اساس یافته های محققان، سلول های بنیادی ACC۱۳۳ + به عنوان سلول های بنیادی اولیه ( Primitive stem cells ) شناخته می شوند. به عبارت دیگر، این سلول ها توانایی تمایز به اغلب سلول های دیگر از جمله سلول های عصبی، ماهیچه ای قلبی و استخوانی (استئوکلاست) را دارا هستند. بنابراین در مقایسه با دیگر رده های سلولی اخذشده از مغز استخوان، بهترین شرایط را برای پیوند دارند.

● جداسازی سلول های ACC۱۳۳ + با استفاده از نانوتکنولوژی

در کیت ویژه ای که برای جداسازی سلول های بنیادی ACC۱۳۳ + از نمونة مغز استخوان استفاده می شود، جداسازی سلول ها بر مبنای اتصال رسپتورهای ( Receptors ) سلولی به گیرندة اختصاصی آنها استوار است. به عبارت دیگر، سلول های بنیادی ACC۱۳۳ + در سطح خود دارای رسپتوری به نام ACC۱۳۳ هستند که قادر است به گیرندة اختصاصی خود اتصال یابد. گیرندة مذکور که آنتی بادی اختصاصی (منوکلونال) بر علیه ACC۱۳۳ است، به یک قطعة ۵۰ نانومتری با خاصیت آهن ربایی (مگنت) متصل می شود که اصطلاحاً آنتی بادی منوکلونال کونژوگه نامیده می شود. پس از تهیة خون مغز استخوان، نمونه را از ستونی که حاوی آنتی بادی های کونژوگة تثبیت شده است، عبور می دهند. در نتیجه، سلول های بنیادی با گیرندة سطحی ACC۱۳۳ به آنتی بادی ها چسبیده و به راحتی قابل جمع آوری هستند، در حالی که رده های دیگر سلولی موجود در نمونه از ستون خارج و حذف می شوند. کل این روند در داخل کیت استریل انجام می شود و سلول های مورد نیاز برای پیوند با خلوص بالا، بدون آلودگی و در کمترین زمان ممکن در اختیار جراح قلب قرار می گیرند.

لازم به ذکر است که در داخل نمونة اخذ شدة مغز استخوان، کمتر از ۵/۱ درصد سلول ها از نوع ACC۱۳۳ + هستند و بقیه شامل رده های دیگر سلولی هستند. برای مثال، کمتر از ۱۰ درصد سلول ها از نوع CD۳۴ + و حدود ۲۵-۲۰ درصد سلول ها CD۱۱۷ + هستند.

۷)کاربردهای سلول های بنیادی در پزشکی

متن زیر به بیان کاربردهای عملی، قریب الوقوع و قابل انتظار سلول های بنیادی می پردازد. این متن، دیدگاه آقای مسعود سلیمانی، دانشجوی دکتری تخصصی گروه هماتولوژی دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس در این زمینه می باشد:

تولید اینترفرون ها در زمان خود، انقلاب در پزشکی محسوب شد و این امیدواری را پیش آورد که بتواند به عنوان درمان قطعی سرطان مورد استفاده قرار گیرد؛ اما گذشت زمان برخی محدودیت های آن را نمایان ساخت.

پس از آن، ژن درمانی به عنوان راهی برای درمان سرطان مطرح شد که سر و صدای زیادی در مجامع علمی و پزشکی به راه انداخت؛ در این تکنولوژی، معمولاً از ویروس ها به عنوان ناقلین ژن ها استفاده می شود که مشکلاتی همچون تومورزایی، بیماری زایی و غیره را به همراه دارد و لذا این روش نیز با محدودیت های جدی روبرو شد.

امروزه یکی از کاربردهای سلول های بنیادی که توجه زیادی را به خود معطوف داشته است، همین درمان سرطان است؛ چرا که از سلول های بنیادی انسانی و معمولاً بدون تغییر ژنتیکی، می توان برای ترمیم بافت های آسیب دیده استفاده کرد.

هر چند استفاده از سلول های بنیادی، در مراحل اولیه خود به سر می برد، اما متخصصین معتقدند در آینده ای نه چندان دور، کاربردهای وسیعی در علم پزشکی خواهد داشت. با این اعتقاد، هم اکنون در اقصی نقاط جهان تحقیقات وسیعی در خصوص استفاده از سلول های بنیادی در جهت تأمین سلامت انسان در حال انجام است. در ذیل به چند نمونه از کاربردهای نزدیک به حصول سلول های بنیادی اشاره می شود:

۱) ترمیم بافت های آسیب دیده قلب

امروزه شمار زیادی از مردم دنیا از بیماری های قلبی ناشی از آیسیب دیدگی بافت های آن رنج می برند که بعضاً منجر به مرگ نیز می شود. ترمیم بافت های آسیب دیده، همواره یکی از دغدغه های پزشکان و متخصصین علوم پزشکی بوده و بهره گیری از سلول های بنیادی، امید تازه ای در این عرصه به وجود آورده است. متخصصین امیدوارند سلول های بنیادی را از مغز استخوان افراد بیمار (یا جنین نوظهور) استخراج و آنها را در محیط آزمایشگاه به سلول های قلبی تبدیل نمایند و نهایتاً با تزریق این سلول های تمایزیافته به بدن، امکان ترمیم بافت های آسیب دیده قلب را فراهم آورند.

البته این تکنیک هنوز در مرحله آزمایشگاهی است، اما موفقیت های به دست آمده در حیوانات آزمایشگاهی، احتمال بهره گیری از آن را در انسان قوت بخشیده است.

۲) ترمیم بافت های استخوانی

در افرادی که شکستگی وسیع استخوان دارند و یا کسانی که مورد عمل جراحی مغزی قرار گرفته و کاسه سر آنها برداشته شده و همچنین اشخاصی که استخوان های آنها به کندی جوش می خورد، از سلول های بنیادی برای جوش خوردگی سریع و جلوگیری از عفونت های بعدی استفاده می شود. در این تکنیک، سلول های بنیادی مزانشیمی از فرد گرفته شده و در محیط آزمایشگاه به سلول های استئوپلاست (استخوانی) تبدیل می شوند، سپس این سلول ها در کنار بافت های آسیب دیده استقرار می یابند تا باعث جوش خوردگی سریع این بافت ها گردند. در این مورد، سلول ها از خود شخص جدا می شوند؛ بنابراین مشکل پس زدگی و عوارض جانبی را نیز در برندارد.

تکنیک مذکور از مرحله آزمایشگاهی خارج شده و هم اکنون درکشورهای پیشرفته دنیا از جمله آمریکا و ژاپن به طور عملی و کاربردی بر روی بیماران انجام می شود.

۳) درمان بیماری ها و ضایعات عصبی

پیشرفت های بشر در زمینه تولید، تکثیر و تمایز سلول های بنیادی، این امید را به وجود آورده است که بتوان از این سلول ها در مداوای ضایعات عصبی مانند قطع نخاع و بیماری های عصبی همچون آلزایمر، پارکینسون، MS و غیره نیز بهره برد. در این مورد نیز پس از تهیه سلول های بنیادی از شخص موردنظر، آن ها را به سلول عصبی تبدیل نموده و برای ترمیم یا مداوا مورد استفاده قرار می دهند. البته بخش اعظم این تکنولوژی، در مرحله آزمایشگاهی است؛ اما با پیشرفت های خوبی همراه بوده است. به عنوان مثال، طی گزارشی که اخیراً منتشره شده، متخصصین فرانسوی موفق شدند با استفاده از سلول های مزانشیمی، موش قطع نخاع شده ای را تا حدی بهبود بخشند که قادر به حرکت باشد ( البته نه با تعادل صددرصد). این موضوع در صورتی که با موفقیت نهایی توأم شود، انقلاب بزرگی در پزشکی به شمار می رود.

ضمن اینکه یک شرکت آمریکایی بنام اورسی که یک مرکز تحقیقاتی خصوصی بوده و متخصصین ارشد جهان در زمینه سلول های بنیادی را گرد هم آورده، ادعا کرده است که قادر به مداوای بیماری هایی مانند آلزایمر، پارکینسون، MS و غیره می باشد که این عمل را با استفاده از سلول های بنیادی خود شخص انجام می دهد؛ البته در قبال آن هزینه های بالایی تا حد ۱۰۰ هزار دلار دریافت می نمایند.

۴) ترمیم سوختگی ها و ضایعات پوستی

جراحات پوستی ناشی از سوختگی یا صدمات دیگر، بسیاری از بیماران را به خود مبتلا نموده است. در روش معمول برای ترمیم قسمت های صدمه دیده، از پوست بخش های سالم بدن استفاده می شود که مشکلاتی را برای بیمار به وجود می آورد. اما با .استفاده از سلول های بنیادی می توان سلول های پوستی را در محیط آزمایشگاه تولید نمود و درترمیم بافت های صدمه دیده از آنها استفاده کرد. این تکنولوژی در حال حاضر، کاربردی شده و توسط یکی از بیمارستان های انگلستان مورد استفاده قرار می گیرد.

۵) ترمیم لوزالمعده (پانکراس) و ترشح انسولین

اخیراً در دانشگاه آلبرتا کانادا، متخصصین موفق شدند سلول های بنیادی مزانشیمی را به سلول های پانکراس انسانی تبدیل نمایند و به بیماران دیابتی منتقل نمایند. این آزمایش بر روی ۲۳ نفر انجام شد که ۱۶ نفر از تزریق انسولین بی نیاز شدند. یادآوری می شود که این پیوند از نوع اتولوگ بود (برای مداوای هر شخص از سلول های بنیادی خود وی استفاده شد) و مشکلات جانبی در بر نداشت.

۶) آزمون تأثیر داروهای جدید

داروهای سنتتیک جدید ممکن است بر سلول ها یا بافت های انسانی تأثیرات متفاوتی داشته باشند که امکان تست آنها در انسان ها به دلیل مسایل اخلاق پزشکی وجود ندارد. به عنوان مثال، یک داروی سنتتیک قلبی ممکن است بر سلول ها یا بافت های قلبی تأثیر سویی داشته باشد. در این موارد می توان سلول های قلبی یا هر بافت دیگر را با استفاده از سلول های بنیادی تولید نمود و داروهای جدید را بر روی آنها آزمایش کرد، بدون اینکه نیاز به آزمایش در بدن انسان باشد (آزمایشات مقدماتی انسانی). در این خصوص سلول های بنیادی جنینی می توانند کاربرد وسیعی داشته باشند.

۷) ترمیم سایر بافت های آسیب دیده

مواردی که اشاره شد کاربردهایی از سلول های بنیادی بود که به صورت کاربردی درآمده بودند و یا نزدیک به کاربردی شدن هستند، اما از کاربردهای بالقوه این سلول ها می توان به ترمیم بافت های آسیب دیده دیگر بدن از جمله غضروف، کبد، ماهیچه و غیره اشاره کرد که می تواند دامنه کاربرد سلول های بنیادی را در آینده افزایش دهد.

▪ یک نکته مهم

در اطلاع رسانی عمومی کاربرد سلول های بنیادی، باید به این نکته توجه شود که انتظارات بیش از حد توانایی این تکنولوژی در مردم به وجود نیاید. ساخت اندام، یکی از امیدهایی است که ممکن است در برخی از مردم ایجاد گردد؛ باید خاطر نشان کرد. که با دانش کنونی بشر، امکان تولید عضو یا اندام توسط این تکنولوژی وجود ندارد و به نظر نمی رسد در آینده ای نزدیک نیز این امر محقق شود. به عنوان مثال، اگر قلب را در نظر بگیریم علاوه بر شکل آن که در کارکردش بسیار حایز اهمیت است، از سلول ها و بافت های مختلفی از جمله بافت ماهیچه ای، خونی، اپیدرمی، رگ و غیره درست شده است. اگر بخواهیم سلول های بنیادی را به هر یک از این بافت ها تبدیل نماییم، نیازمند اعمال شرایط و تیمارهای ویژه ای هستیم که فراهم کردن همه آنها به طور همزمان در یک بیورآکتور غیرممکن است. شاید در آینده بشر بتواند این اعضاء را دربدن انسان یا حیوان تولید نماید که به ویژه در مورد دوم علاوه بر مشکلات تکنیکی با محدودیت های اخلاقی نیز مواجه است.

با این تفاسیر، کاربرد قابل انتظار بهره گیری از سلول های بنیادی در شرایط فعلی و آینده نزدیک، ترمیم بافت های آسیب دیده است که در موارد فوق به آنها اشاره شد. هر چند همین کاربردها نیز در صورت فراگیرشدن، انقلابی در پزشکی محسوب می شوند.


منابع:
همشهری امارات
خبرگزاری فارس

آشنايي انواع سلول هاي بنيادي

نوشتار زیر به صورت مختصر و مفید شما را با انواع سلولهای بنیادی و ویژگیهای آنها آشنا می سازد. با هم این مطلب را می خوانیم.

۱)سلول های بنیادی بالغین

سلول های بنیادی بالغین یک سری سلولهای غیر تمایز یافته هستند که در داخل بافت ها و اندام های مختلف و در کنار سلول های تخصصی و تمایز یافته قرار گرفته اند.

این سلول ها مانند سایر سلول های توانایی خود سازی را دارند به این معنی که می توانند تقسیم شوند و سلول هایی شبیه به خود را به وجود می اورند.هم چنین این سلول ها توانایی تبدیل شدن به سلول های بالغ و تمایز یافته در ان بافت یا اندام مورد نظر را دارند.بنابراین دانشمندان نقش این سلول ها را در پدیده حفظ و ترمیم بافت های بزرگسالان مهم ارزیابی می کنند. و در پاره ای از موارد به جای لفظ " سلول های بنیادی بالغین " از لفظ "سلول های بنیادی پیکری " استفاده می کنند.

بر خلاف سلول های بنیادی جنینی که منشا ان ها کاملا مشخص است (INNER CELL MASS ) اما سلول های بنیادی بالغین منشا مشخصی ندارند.

تحقیقات در زمینه سلول های بنیادی بالغین در چند سال اخیر موفقیت های زیادی کسب کرده است. در واقع دانشمندان به این یافته دست پیدا کرده اند که تعداد بافت هایی که حاوی این سلول ها هستند بسیار بیشتر از چیزی است که قبلا تصور می کردند. از جمله این بافت ها بافت سیستم عصبی مرکزی یعنی مغزو طناب نخاعی است که در گذشته تصور می شد که فاقد هرگونه سلول بنیادی است اما امروزه مکان های مشخصی از این اندام ها شناسایی شده اند که این سلول ها را در خود جای داده اند (در این زمینه در اینده مطالب کامل تری را منتشر می کنیم)

این واقعیت ها منجر به این شد که دانشمندان از خود بپرسند ایا ممکن است بتوان از این سلول ها در فرایند سلول درمانی استفاده کرد.

در واقع سلول های خونساز مغز استخوان از سال ها پیش برای این منظوردر حال استفاده هستند.و عمر این طرح به بیش از ۳۰ سال میرسد.

انواع خاصی از سلول های بنیادی توانایی تبدیل شدن به انواع مختلف سلول ها را دارند و این امر امیدهای تازه ای را برای درمان بر پایه سلولهای بنیادی در دانشمندان به وجود آورده است.حال اگر بتوان یک محیط کنترل شده به منظور کنترل و هدایت این توانایی سلول ها در تبدیل شدن به نوع خاصی از سلول های تمایز یافته را به وجود اورد بقش اعظمی از راه را طی کرده ایم.واین خود می تواند پایه ای برای درمان بسیاری از بیماری های جدی شایع بشر شود.

در واقع تاریخچه درمان به وسیله این سلول ها به حدود ۴۰ سال پیش و به دهه۱۹۶۰ می رسد. در ان زمان دانشمندان توانستند سلول های خاصی را در مغز استخوان کشف کنند که توانایی تبدیل شدن به سلول های خونی را داشتند به این سلول ها در اصطلاح سلولهای بنیادی خونساز و یا HEMATOPOITIC STEM CELLS گفته می شود.

بعدها نوع دیگری از سلول های بنیادی در مغز استخوان کشف شد که به ان BONEMARROW STROMAL CELLS گفته شد. در واقع این ها مجمو عه ای از سلول هایی هستند که توانایی تبدیل شدن به انواع سلول های استخوانی ، غضروفی، چربی و بافت پیوندی را دارا میباشند.

در دهه ۱۹۶۰ دانشمندانی که بر روی موش های صحرایی تحقیق می کردندکشف کردند که دو منطقه در مغز این موش ها وجود دارند که شامل سلول های در حال تقسیمی بودند که توانایی تبدیل شدن به سلول عصبی را داشتند.علی رغم این گزارشات بسیاری از دانشمندان بر این باور بودند که پدیده تولید نورون های جدید د رمغز بزرگسالان اتفاق نمی افتد.سرانجام در دهه ۱۹۹۰ دانشمندان به این توافق دست یافتند که که مغز بزرگسالان نیز حاوی یک سری سلول های بنیادی است که توانایی تولید ۳ سلول اصلی این بافت یعنی ASTROCYTE , OLIGIDENDEROCYTE و نورون ها را دارا می باشند.

● سلول های بنیادی بالغین در چه جاهایی یافت می شوند؟

این سلول ها در تعداد زیادی از بافت های بدن انسان وجود دارند.اما نکته مهم در مورد ان ها این است که تعداد انها در بافت های مختلف بسیار کم است. در حالت عادی این سلول ها وضعیت استراحت و بدون تقسیم شدنی را طی می کنند و این وضعیت ادامه پیدا می کند تازمانی که این سلول ها در اثز اسیب دیدگی و یا یک بیماری تحریک شوند و شروع به تقسیم شدن بکنند.در واقع این نوع مکانیسم دفاعی به منظور ترمیم ضایعات وارد شده به اندام های مختلف است. لیست اندام هایی که این سلول ها در ان کشف شده اندهر روز در حال طولانی شدن است. از مهمترین این اندام ها که در این لیست نام ان ها به چشم می خورد، می توان کبد، مغز، مغز استخوان ، خون محیطی، عروق خونی و عضلات اسکلتی را نام برد.

امروز تمام سعی دانشمندان به این نکته متمرکز شده است که ایا می توان این سلول ها را در محیط ازمایشگاه کشت داد و سپس ان ها را وادار به تقسیم شدن وتبدیل شدن به سلول های موجود در بافت بالغین کرد.در واقع در این زمینه کارهای بسیاری انجام گرفته است و موفقیت های زیادی نیز به دست امده است اما راه زیادی همچنان درپیش رو داریم که با پیمودن ان به افق های تازه ای در درمان بیماری های مختلف بر پایه پیوند سلول های بنیادی دست می یابیم.

از پتانسیل های درمانی این سلول ها در بیماری های مختلفی می توان استفاده کرد. برای مثال تولید سلول های سازنده دوپامین به منظور درمان بیماران مبتلا به پارکینسون، تولید سلول های سازنده انسولین در بیماران مبتلا به دیابت نوع۱، ویا ترمیم ضایعات وارده بر عضلات قلب به دنبال یک حمله قلبی با کمک این سلول ها.

آزمایشات مورد استفاده به منظور شناخت سلول های بنیادی در بزرگسالان:

به منظور اثبات اینکه ایا یک سلول مشخص ، سلول بنیادی است یا خیر هنوز ازمایش و یا روش دیگری که مورد توافق همه باشد وجود ندارد.در واقع ۳ راه اصلی وجود دارد که خصوصیات سلول های مورد نظر را می توان سنجید وبا خصوصیات سلول های بنیادی انطباق داد.

این ازمایشات شامل موارد زیر است:

۱) نشانه گذاری سلول هادر داخل بدن به روش های گوناگون و سپس ردیابی این سلول ها . این روش به ما این اجازه را میدهد تا بتوانیم مشخص کنیم که یک سلول کاندید STEM CELL توانایی تبدیل شدن به چه نوع سلولی هایی را دارند.و یا میزان بقا و زنده ماندن آن را در داخل بدن موجود زنده بسنجیم راههای گوناگونی به منظور نشانه گذاری کردن این سلول ها وجود دارد از جمله استفاده از ویروس ها و یا برخی از مواد مخصوص

۲) گرفتن سلول های مورد نظر از بافت زنده و سپس نشانه دار کردن ان ها در داخل ازمایشگاه و سر انجام پیوند زدن این سلول ها به موجود دیگر.

۳) جداکردن و گرفتن این سلول ها از حیوان و سپس بررسی پدیده توانایی تقسیم شدن و تمایز این سلول ها به سلول های بالغ. این کار نیز از طریق اضافه کردن فاکتورهای رشد مختلف به محیط کشت و یا از وارد کردن یک ژن جدید به سلول های مورد نظر، جهت هدایت ان در یک مسیر تمایزی مشخص انجام میگیرد.

۲)سلول های بنیادی جنینی

▪ کدام مرحله از زندگی رویانی برای تولید Stem Cell(SC) مهم است؟

سلول های بنیادی جنینی همان طور که از اسمشان مشخص است از جنین گرفته می شوند.در واقع این سلول ها از جنین های گرفته می شوند که از طریق لقاح مصنوعی((IVF در آزمایشگاه و با اطلاع اهداکنندگان اسپرم و تخمک به دست آمده اند.هیچگاه این سلول ها در یک رویان که از بدن مادر گرفته شده استخراج نمی شوند.جنینی که از آن سلول های بنیادی گرفته می شود به طور طبیعی حدود سن چهار یا پنج روزگی را دارد و به شکل یک توده گرد است که آن را بلاستوسیست ((blastocyst می نامند.

در واقع blastocyst ساختار مخصوصی هست که از۳ بخش تشکیل شده است :

۱) trophoblayt که لایه سلول های احاطه کننده blastocyst هستند.

۲) blastocoel که در واقع یک حفره در داخل blastocyst است.

۳) inner cell mas : گروهی متشکل از تقریبا ۳۰ سلول که در یک انتهای blastocyst دیده می شود.

▪ چگونه سلول های بنیادی در آزمایشگاه کشت داده می شوند؟

رشد سلول های بنیادی در محیط آزمایشگاه را اصطلاحا "کشت سلولی " یا "cell culture " می نامند.در واقع جدا کردن سلول های بنیادی جنینی از طریق انتقال inner cell masis به یک ظرف کشت آزمایشگاهی پلاستیکی که شامل یک بستر تغذیه ای به نام "محیط کشت " یا "culture medium " می باشد انجام می گیرد.تقسیم و ازدیاد سلول ها بر روی سطح این ظرف انجام می گیرد. سطح داخلی این ظرف به صورت typical به وسیله سلول های پوست جنین موش پوشیده شده است. این سلول ها قادر به تقسیم شدن نیستند. به این لایه پوشاننده سلولی در اصطلاح feeder layer گفته می شود.دلیل استفاده از این سلول ها فراهم آوردن یک سطح طبیعی به منظور چسپیدن سلول های inner cell mass به آن و عدم جداشدنشان است. در واقع این عمل به منظور حمایت فیزیکی از سلول هایمان انجام می گیرد.

در ضمن سلول های این لایه مواد مغذی را به داخل محیط کشت رها می کنند.

اخیرا دانشمندان راه های جدیدی را به منظور کشت سلولهای بنیادی جنین بدون استفاده از feeder layer را فراهم کرده اند.این روش به عنوان نقطه عطفی در فرایند کشت سلولی به حساب می آید.زیرا ریسک انتقال برخی مواد مضر و اسیب رسان از سلول های موشی به سلول های انسانی را به حداقل می رساند.(این مواد مضر شاملMacromulecules مثل Viruses می باشد)

پس از چند روز سلول های کشت داده شده شروع به رشد و تقسیم شدن (proliferation) در این محیط می کنند.

هنگامی که این عمل انجام گرفت سلول های کشت داه شده که الان زیاد شده اند را از این محیط برداشته و به محیطهای تازه کشت منتقل می دهند.

پروسه کشت مجدد سلول ها بارها و بارها برای چندین مرتبه و به مدت چندین ماه تکرار می شود. این عمل را اصطلاحا subculturing می نامند. هر کدام از سیکل های subcultring را در اصطلاح پاساژ(passage)

می نامند. بعد از ۶ ماه یا بیشتر ۳۰ سلول اولیه که در غالب inner cell mass استفاده کردیم تبدیل به هزاران میلیون "سلول بنیادی جنینی " می شوند. سلول هایی را که در این دوره ۶ ماه و در این محیط کشت مخصوص تقسیم شده و در عین حال تماییز نیابند را چند ظرفیتی (pluripoten) می نامند. حال اگر این سلول ها از نظر ظاهر ژنتیک نیز طبیعی باشند آن ها را embryonic stem cel line می نامند.

یک cell line را می توانیم تثبیت کنیم (البته این عمل در مراحل قبل هم قابل انجام است) و آن ها را فریز کرده و به آزمایشگاه های دیگر به منظور کشت بیشتر و آزمایشات فراتر منتقل کنیم.

▪ تست های آزمایشگاهی انجام شده به منظور تشخیص سلول های بنیادی جنینی کدامند؟

در مراحل مختلف کشت سلول، دانشمندان سلول ها را مورد آزمایش قرار می دهند و تا ببینند آیا سلول های مذکور توانایی ها و ویژگی های سلول بنیادی را دارند یا خیر.به این فرایند در اصطلاح characterization گفته می شود.

تا کنون دانشمندان بر روی این قضیه که کدام تست می تواند به عنوان تست استاندارد به منظور تشخیص و اندازه گیری خواص این سلول ها به کار رود توافق نکرده اند. هر چند بسیاری از این تست ها که مورد استفاده قرار می گیرند نمی توانند ویژگی های این سلول ها به طور کامل مورد بررسی قرار بدهند.به همین دلیل دانشمندان به منظور بررسی این سلول ها از چندین تست به طور هم زمان استفاده می کنند.

این تست ها شامل موارد ذیل است :

۱) رشد و subcultring سلول ها به مدت چند ماه : این تست ما را مطمئن می سازد که سلول ها قدرت و توانائی نوسازی خود برای مدت طولانی (long-term self-renewal) دارند.دانشمندان سلول های حاصل از این عمل را در زیر میکروسکوپ بررسی می کنند تا مطمئن شوند که سلول ها ظاهری ساده دارند و در ضمن تمایز هم پیدا نکرده اند (undifferentiated).

۲) استفاده از تکنیک های مخصوص جهت تعیین حضور مارکرهای سلولی خاص بر روی سطح این سلول ها که فقط در سلول های تمایز نیافته دیده می شوند.

۳) یک تست دیگر که مورد استفاده قرار می گیرد بررسی حضور پروتئین مخصوصی به نام oct-۴است که فقط در سلول های غیر تمایز یافته (undifferentiated) دیده می شود.

این پروتئین در واقع یک فاکتور رو نویسی است که موجب تغییر حالت ژن بین دو حالت روشن و خاموش در زمان مناسب می شود. پدیده ای که به منظور تمایز سلول ها و هم جنین توسعه جنین یک امر ضروری است.

۴) بررسی کروموزوم ها زیر میکروسکوپ : روشی است که به ما کمک می کند تا ببینیم آیا کروموزوم ها، آسیب دیده اند یا خیر و هم چنین می توانیم از نظر سالم بودن تعداد آن ها نیز این عمل را انجام بدهیم. البته این آزمایش مشخص نمی کند که آیا در سلول های مذکور جهش اتفاق افتاده است یا خیر.

۵) تعیین اینکه آیا سلول های مذکور بعد از فریز شدن مجددا قادر به تقسیم و کشت دادن هستند یا خیر.

۶) به منظور تعیین قدرت سلول ها در تبدیل شدن به سلول های تخصصی ، می توان ۳ تست را روی آن ها انجام داد.

ـ اجازه دادن به سلول که در میحط کشت به طور هم زمان تمایز نیز پیداکنند.

ـ دستکاری سلول ها که این اجازه را به آن ها می دهد تا به سلول ها تخصصی تمایز پیدا کنند.

ـ تزریق سلول های مذکور به موش به منظور بررسی توانائی تولید موتورهای خوش خیم به نام تراتوما (tratoma) [تومورهایی متشکل از سلول هایی تمایز یافته و یا تا حدودی تمایز یلفته است که مشخص کننده این توانائی در سلول های بنیادی جنینی است که اینها قادر به تبدیل شدن و تمایز به انواع متعددی از سلول ها می باشند]

▪ چگونه سلول های بنیادی جنینی را به سمت تمایز تحریک می کنند؟

تا زمانی که سلول های ما در یک محیط کشت معین و تحت شرایط خاص کشت قرار داشته باشد قادربه تبدیل شدن به سلول های تخصصی نیستند. اما اگر این شرایط را تغییر بدهیم به گونه ای که سلول ها بتوانند در کنار هم قراربگیرند و تشکیل اجسام شبیه رویانی را بدهند سلول های مذکور شروع به تمایز می کنند.

این سلول ها می توانند به سلول های عضلانی ، سلول عصبی و بسیاری از انواع سلول های دیگر تبدیل شوند. اگرچه تمایز هم زمان به عنوان نشانه ای در اثبات سالم بودن محیط های کشت سلولی می باشد اما یک راه موثر برای تولید کشت هایی از انواع سلولی نمی باشد.

به منظور فائق آمدن به این مشکل دانشمندان زیادی توجه خود را بد سمت تمایز سلول ها به یک سلول تخصصی خاص معطوف کردند.برای رسیدن به این هدف آن ها اقدام به تغییر در ترکیبات شیمیائی محیط های کشت، تغییر سطح ظروف کشت و تغییرات ژنتیکی به وسیله وارد کردن یک ژن خاص در سلول ها کردند و در طی این سالها اصول خاص را به منظور تمایز سلول ها به انواع تخصصی را پایه گذاری کردند که تحت عنوان اصول تمایز مستقیم (DD) شناخته می شوند.

اگر دانشمندان بتوانند روش قابل اطمینانی را به منظور DD پیدا کنند امیدهای تازه ای را برای درمان برخی بیماریهای خاص در انسان با کمک سلول های بنیادی را به وجود می آورند.

بیماریهای که پتانسیل های درمان با این سلول هارا دارند شامل پارکینسون ، دیابت ، آسیب های نخاعی ، تخریب سلول های پورگینژ، دیستروفی عضلانی دوشن ، بیماریهای قلبی و بیماریهای مربوط به ناتوانی یا کم توانی در قدرت دیدن یا شنیدن و بسیاری دیگر از بیماری ها می باشند.

۳)سلولهای بنیادی خون بند ناف

خون بندناف خونی است که پس از تولد در بند ناف و جفت باقیمانده و دور ریخته می شود. این خون غنی از سلولهای بنیادی است.

سلولهای بنیادی خون بند ناف همانند سلولهای بنیادی خونساز مغز استخوان تقسیم می شوند تا به تولید:

ـ سلولهای قرمز، که اکسیژن را به تمام بدن حمل می کنند.

ـ سلولهای سفید، که در سیستم ایمنی فعالانه شرکت دارند.

ـ پلاکتها که به انعقاد خون کمک می کنندبپردازند

همچنین قادر به ساخت انواع سلولهای دیگر و ترمیم و نگهداری سلولها در هنگام جراحت می باشند.

۴)سلولهای بنیادی خونساز

بدون شک یکی از مهم ترین دستاوردهای علم پزشکی در نیمه ی دوم قرن بیستم ، Hematopoitic stem cell therapy یا درمان با استفاده از سلول های بنیادی خونساز است.جایزه نوبل ۱۹۹۰در فیزیولوژی یا پزشکی، به علت کشف پیوند سلول و ارگان ها در درمان بیماری به Joseph E.murray & E.donnall Thomas اهدا شد.این جایزه نه فقط به خاطر قدر دانی از کمک بزرگی بود که در زمینه پیوند ارگان و سلول های بنیادی خونساز شد، بلکه همچنین به علت اهمیت تکنولوژی پیوند در کار بالینی بود.

پیوند سلول های بنیادی خون ساز،باعث درمان بعضی از انواع سرطان ها،از کار افتادن مغز استخوان ، اختلالات ارثی متابولیسم و نقص ایمنی مادرزادی شدید می شود، که همگی کشنده هستند.(۷)

درمان با سلولهای نبیادی خونساز ،همان چیزی است که ما قبلا "پیوند مغز استخوان می نامیدیم . در طول سه دهه گذشته ،دانشهای تجربی فراوانی رویهم جمع شده اند و اطلاعات عمیقی را فراهم آورده اند که امکان استفاده بهینه از این فرایند را در درمان سرطانهای خون ، به ویژه Acute Myelogenic Leukemia، بیماری هوچیکن و لنفوم های دیگر و اخیرا " Multiple Myeloma فراهم اورده است. این فرایند می تواند همچنین در درمان بعضی تومورهای غیر خونی یعنی solid tumor ها به ویژه سرطان پستان بکار رود. درمان با استفاده از سلول های بنیادی خون ساز می تواند امیدی برای درمان تالاسمی،کم خونی سلول داسی شکل،multiple Scerosis ،Systemic Scleroderma ،sever systemic lupuserythmatous و آرتریت روماتوئیدهایی که پیش آگهی بدی دارند ، نیز باشد.