پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان با استفاده از یک تکنیک جدید به بررسی گونه‌های رادیکالی درگیر در فرایندهای شیمیایی و زیستی، تأثیر فلزات بر روی تولید رادیکال و تخریب DNA و مکانیزم تولید رادیکال پرداختند.
روش جدید برای بررسی تخریب DNA در دانشگاه صنعتی اصفهان
پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان با استفاده از یک تکنیک جدید به بررسی گونه‌های رادیکالی درگیر در فرایندهای شیمیایی و زیستی، تأثیر فلزات بر روی تولید رادیکال و تخریب DNA و مکانیزم تولید رادیکال پرداختند. تکنیکی که امروزه برای این منظور استفاده می‌شود الکتروفورز است که از تجهیزات و مواد گران قیمتی برای این کار استفاده می‌شود.
رادیکال‌های آزاد با حمله به DNA باعث تخریب و تکه تکه شدن آن می‌شوند. یون سولفیت یکی از گونه‌های تخریب‌کننده DNA، غشاهای سلول و پروتئین‌ها است که در غلظت‌های کم با ایجاد رادیکال‌های آزاد باعث تخریب می‌شود. تولید این رادیکال‌ها از اکسایش سولفیت در بدن نتیجه می‌شود که این اکسایش می‌تواند به‌وسیله آنزیم‌ها یا فلزات واسطه و کمپلکس‌های آن‌ها کاتالیز شود. در این پروژه با استفاده از اثر تخریبی سولفیت بر روی DNA و اصلاح کردن سطح الکترود گرافیت مدادی با DNA و بهره‌گیری از تکنیک‌های ولتامتری و طیف‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی، به بررسی مکانیزم تولید رادیکال‌های درگیر در اکسایش سولفیت، اثر کاتالیزوری فلزات واسطه مختلف بر روی آن و نوع رادیکال‌های آزاد درگیر در این فرایند پرداخته شد.
دکتر علی اصغر انصافی، استاد تمام دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان، در رابطه با تحقیقات انجام شده گفت: «با توجه به این‌که مکانیزم عمل بسیاری از داروها، واکنش‌های شیمیایی و زیستی و مواد مخدر به‌صورت رادیکالی است هدف از این کار توسعه روشی جدید بود که به طور مستقیم و با حداقل خطا و هزینه‌های متحمل شده بتواند گونه‌های رادیکالی درگیر در یک فرایند، تأثیر آن‌ها بر روی DNA، غشاهای سلول و پروتئین‌ها و مکانیزم تولید رادیکال را بررسی کند. اگرچه این اهداف تا حدودی با استفاده از دستگاه الکتروفورز شدنی است اما الکتروفورز فاقد توانایی نظارت مستقیم بوده و از تجهیزات زیاد، هزینه‌های عملیاتی بالا، آموزش‌های طولانی و عدم یک آشکارساز حساس عمومی رنج می‌برد. اکسایش سولفیت در بدن یکی از واکنش‌هایی است که همراه با تولید رادیکال است و ما با انتخاب این واکنش به عنوان یک مدل از واکنش‌های رادیکالی و ساخت بیوحسگر DNA که با تخریب DNA موجود بر روی سطح آن پاسخ ولتامتری و امپدیمتری آن تغییر می‌کند به بررسی گونه‌های رادیکالی درگیر در این فرایند، تأثیر فلزات بر روی کاتالیز کردن تولید رادیکال و تخریب DNA، غشاهای سلول و پروتئین‌ها و مکانیزم تولید رادیکال پرداختیم. دانستن شکل‌گیری رادیکال‌های آزاد از اکسایش سولفیت که در حضور فلزات واسطه افزایش می‌یابد برای فهم پاسخ‌های آلرژیک و درمانی بعد از استنشاق گوگرد دی اکسید بسیار مهم خواهد‌بود.»
در این تحقیقات، این پژوهشگران از یک حلال مناسب برای پخش کردن نانولولههای کربنی استفاده کردند. این حلال توانایی تثبیت DNA بر روی فیلم نانولوله‌ها را داراست. سپس با تثبیت نانولولههای کربنی بر روی الکترود گرافیت و همچنین تثبیت DNA بر روی فیلم تشکیل شده از نانولولههای کربنی، پارامتر‌های تأثیر گذار بر روی کارایی بیوحسگر با استفاده از تکنیک‌های ولتامتری و امپدانس الکتروشیمیایی بهینه شدند. و در نهایت به بررسی کارایی حسگر در تشخیص رادیکال‌های درگیر در فرایند اکسایش سولفیت و بررسی تأثیر فلزات واسطه در قدرت تخریبی گونه‌های مخرب DNA، غشاهای سلول و پروتئین‌ها پرداختند.
انصافی با اشاره به نتایج این کار نیز گفت: «ما در این کار با استفاده از نانولولههای کربنی و الکترود گرافیت، بیوحسگر الکتروشیمیایی بر اساس DNA طراحی کردیم که با استفاده از آن توانستیم به تأثیر سولفیت در تخریب DNA، جزئیات مکانیزمی عمل تخریبی آن و پارامتر‌های موثر بر آن بپردازیم. با وجود قرار‌گیری بیوحسگر در محلول سولفیت هیچ تغییر محسوسی در پاسخ ولتامتری و ایمپدیمتری آن حاصل نشد. این نتیجه نشان می‌دهد که سولفیت به‌تنهایی عامل مخرب DNA نیست. ولی سولفیت در حضور فلزاتی مانند کبالت، مس، کروم، آهن و منگنز باعث کاهش سیگنال بیوحسگر گردید. تأثیر رباینده‌های رادیکال‌ها مانند سوپراکساید دیسموتاز و الکل‌های مختلف نشان داد که مکانیزم تولید رادیکال و نوع رادیکال‌های درگیر بسته به نوع فلز متفاوت خواهد بود به‌طوری‌که سولفیت در حضور منگنز رادیکال‌های اکسیژن دار تولید می‌کند در حالی که برای فلزات دیگر رادیکال‌های غیر اکسیژن‌دار ایجاد می‌شود. در نهایت مکانیزمی را برای ایجاد رادیکال به‌وسیله سولفیت در حضور فلزات واسطه ارائه نمودیم.»
در این کار از نانولولههای کربنی برای تثبیت بهتر و بیشتر DNA و افزایش حساسیت بیوسنسور طراحی شده استفاده شده است. نانوذرات و به طور ویژه نانولولههای کربنی، به دلیل سطح مؤثر زیاد و انرژی آزاد سطحی بالا، می‌توانند بیومولکول‌هایی مانند DNA را به شدت جذب کنند و نقش مهمی در تثبیت آن‌ها و ساخت بیوحسگرها ایفا نمایند. جذب این مواد بر روی سطح مواد توده‌ای، منجر به تغییر ماهیت و از بین رفتن فعالیت بیوشیمیایی آن‌ها می‌گردد، در صورتی‌که بر روی نانوذرات سازگاری مناسبی وجود دارد.
با توجه به مشکلات تکنیک الکتروفورز در بررسی تأثیر رادیکال‌ها و واکنش‌های تولید رادیکال بر تخریب DNA، غشاهای سلولی و پروتئین‌ها، روش ارائه شده می‌تواند جایگزین مناسبی برای این تکنیک به حساب آید. الکتروفورز فاقد توانایی نظارت مستقیم بوده و از تجهیزات زیاد، هزینه‌های عملیاتی بالا، آموزش‌های طولانی و عدم وجود یک آشکارساز حساس عمومی رنج می‌برد.
انصافی در مورد آینده این پژوهش گفت: «در این کار از سولفیت به عنوان یک گونه مدل که در طی اکسایش خود تولید رادیکال می‌کند استفاده شده است. در ادامه سعی داریم گونه‌های دارویی مانند داروهای ضد سرطان که مکانیزم عملشان رادیکالی است را مورد بررسی قرار دهیم. با استفاده از تغییرات کوچکی در ساخت این بیوحسگر در آینده می‌توان به بررسی ساز و کار درمانی انواع داروهایی پرداخت که با راه انداختن زنجیره رادیکالی مانع از تقسیم سلول‌های سرطانی می‌شوند.»
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر علی اصغر انصافی دانش آموخته دکتری تخصصی شیمی تجزیه عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و آقای اسماعیل حیدری بفرویی دانشجوی دکترای شیمی تجزیه دانشگاه صنعتی اصفهان صورت گرفته است، در مجله analytical chemistry (جلد ۸۵، شماره ۲، ۱۷ دسامبر ۲۰۱۲، صفحات ۹۹۱ الی ۹۹۷) منتشر شده است.
