تولید بینی شیمیایی با آرایه‌ای از نانوذرات و پلیمرها

محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست با استفاده از آرایه‌ای از نانوذرات و پلیمرها
ابزار جدید و موثری به نام «بینی شیمیایی» برای تمایز میان سلول‌های سالم و سرطانی
و حتی میان سلول‌های سرطانی جابه‌جاشونده و غیرجابه‌جاشونده توسعه داده‌اند.
بنابرگفته وینست روتلو (شیمی‌دان) و جوزف جری (سرطان‌شناس) این ابزار می‌تواند
تشخیص و درمان سرطان را متحول نماید.

در حال حاضر تشخیص سرطان با استفاده از نشانگرهای زیستی سطح سلول به نام راهکار «قفل
و کلید» شناخته می‌شود. یکی از اشکالات این روش این است که نیاز به دانش قبلی در
مورد نشانگر زیستی وجود دارد. به علاوه، بنابر گفته روتلو، نشانگرهای زیستی سطح
سلول‌های سرطانی همان نشانگرهایی هستند که در سطح سلول‌های معمولی نیز وجود دارند و
تنها تفاوت بسیار کمی در غلظت آنها وجود دارد؛ این تفاوت آنقدر کم است که تشخیص آن
را بسیار دشوار می‌سازد. او می‌گوید: «اغلب سیگنال مشخصی که حاکی از وجود سرطان
باشد، دریافت نمی‌کنید. تفاوت موجود بسیار ناچیز است».

وی می‌افزاید: «در این روش از آرایه‌ای از حسگرها نه تنها برای تشخیص انواع شناخته
شده سرطان، بلکه برای شناسایی سلول‌های غیرعادی ناشناخته استفاده می‌شود. این بدین
معناست که این بینی شیمیایی به سادگی به ما می‌گوید که اشکالی وجود دارد». به علاوه
می‌توان این بینی را به نحوی طراحی کرد که وجود سرطان‌های بسیار خطرناک را که تشخیص
زودهنگام آنها از اهمیت بالایی برخوردار است، به اطلاع پزشک برساند.

در آزمایشاتی که روی چهار نوع مختلف سرطان انسانی (گردن، کبد، بیضه و پستان)، سه
نوع سرطان جابه‌جا شونده پستان و سلول‌های سالم صورت گرفت، این روش جدید نه تنها
توانست حضور سلول‌های سرطانی را در نمونه مورد نظر شناسایی کند، بلکه سرطان جابه‌شونده
را از سرطان اولیه تشخیص داد.
 

گروه تحقیقاتی روتلو به همراه محققانی از موسسه فناوری جورجیا این سامانه
تشخیصی جدید را با ترکیب سه نوع نانوذره طلا به همراه پلیمری به نام PPE (پارافنیلن
اتینیلن) تولید کردند. این سه نوع نانوذره طلا تمایل ویژه‌ای به سطح سلول‌های
غیرعادی شیمیایی از خود نشان می‌دهند. پلیمر PPE همانند یک چراغ نشانگر عمل
کرده و زمانی که از سطح نانوذرات جدا می‌شود، از خود نور فلورسانس متصاعد می‌کند.

محققان با افزودن PPE متصل شده به نانوذرات به سلول‌های انسانی کشت شده در یک
محیط کشت سلولی، توانستند پدیده‌ای به نام «پیوند رقابتی» را القا نمایند.
نانوذرات به سطح سلول‌ها متصل شده و این امر موجب جدا شدن PPE از سطح نانوذرات
می‌شود. بدین ترتیب خاصیت فلورسانسی PPE فعالی شده و این پلیمر شروع به نشر نور
می‌کند. سپس سلول‌ها با استفاده از الگوهایی که توسط سامانه‌های مختلف PPE-ذره
تولید شده‌اند، شناسایی می‌شوند. این فرایند دقیقاً شبیه کاری است که در بینی
انسان توسط گیرنده‌های شیمیایی مختلف صورت می‌گیرد. به همین دلیل نام این آرایه
حسگری را «بینی شیمیایی» گذاشته‌اند.