محققان گروه نانوبیوتکنولوژی دانشگاه تهران، نانوحسگری زیستی طراحی نموده‌اند که بالاترین میزان حساسیت گزارش شده در تحقیقات موجود، جهت تشخیص سرطان را دارد. این نانوحسگر با فراهم آوردن روشی سریع، ساده و ارزان، تشخیص بیماری سرطان را در مراحل اولیه آن امکان‌پذیر می‌کند.
دانشگاه تهران: دستیابی به بهترین حد تشخیص زود هنگام سرطان توسط نانوحسگری جدید
حضور رشته‌های DNA ناشی از مرگ سلولی در خون، فرصت بسیار مناسبی برای شناسایی آن‌ها و تعیین تغییرات متیلاسیون (خصوصیتی که طی آن گروه‌های متیل به دلایل نامشخص روی بازهای سیتوزین DNA اضافه می‌شود) و درنهایت تشخیص زود هنگام سرطان است. تغییر متیلاسیون در بخشی از توالی ژن به نام پروموتر ، باعث خاموش شدن و یا بیان آن ژن می‌شود. اگر این ژن نقش بازدارندگی در ایجاد تومور داشته باشد، متیله شدن پروموتر آن باعث خاموشی ژن ودر نتیجه ایجاد تومور و سرطان می‌گردد.
به گفته مهدی دادمهر، دانشجوی دکتری نانوبیوتکنولوژی دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، از چالش‌های بسیار مهم برای شناسایی این تغییرات، مقدار بسیار پایین DNA در خون است که نیاز به سیستم تشخیصی بسیار حساس دارد. روش‌های معمولی که امروزه در دنیا استفاده می‌شود، عموما مبتنی بر تکثیر DNA بعد از پیش تیماری (تیمار بی‌سولفیت) است که منجر به تخریب بیش از ۹۰ درصد DNA مورد آزمایش می‌شود.
در این کار تحقیقاتی، با استفاده از یک نانو سامانه مبتنی بر کاوشگر فلورسنت، امکان شناسایی تغییرات متیلاسیون و حتی بصورت دقیق‌تر درصد متیلاسیون فراهم شده است. حساسیت این نانوسامانه بسیار بالا است به نحوی که غلظت‌هایی در حد ۰/۳ فمتو‌مولار از DNA را شناسایی می‌کند. این میزان تا به امروز بهترین حد تشخیص در مقایسه با دیگر روش‌های مختلف گزارش شده در دنیا است.
در ساخت این نانوحسگر، از نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن با پوشش طلا استفاده شده است. دادمهر در خصوص مزایای نتایج این طرح افزود: «این نانوحسگر زیستی علاوه بر فراهم کردن امکان تشخیص زود هنگام سرطان، با تعیین نوع ژن متیله شده، امکان ژن‌درمانی هدفمند سرطان را نیز تسهیل می‌نماید.»
وی در ادامه عملکرد این نانوحسگر را بدین شرح بیان کرد: «ابتدا نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن با اندازه حدود ۱۰ نانومتر ساخته و یک لایه طلا با ضخامت حدود ۱/۲ نانومتر روی آن احیا شد. در حالی‌که خصوصیت مغناطیسی امکان جداسازی زیستی را فراهم می کند، لایه بسیار نازک طلا با حفظ خصوصیت رزونانس پلاسمون سطحی، باعث تثبیت تک رشته DNA حاوی گروه سولفیدریل، به عنوان کاوشگر روی سطح نانوذره می‌شود. هنگامی که این نانوسامانه در معرض تک رشته‌های مکمل متیله و غیر متیله مربوط به ژن سرکوب کننده تومور قرار گیرد، با آن‌ها هیبرید( اتصال دو رشته DNA دارای توالی‌های مکمل) می‌شود. پس از اضافه شدن یک نشانگر فلورسنت (دیپریدامول) و واکنش آن با رشته‌های DNA، برای توالی‌های مختلف، رفتار فلورسنتی متفاوتی توسط نانوحسگر مشاهده می‌شود. حضور گروه‌های متیل روی بازهای سیتوزین DNA، باعث کاهش فلورسنت می‌شوند. در حالی‌که عدم حضور آن‌ها نشر فلورسنت را افزایش می‌دهد. با به کارگیری نانوحسگر طراحی شده در آزمایش نمونه حقیقی در سرم خون، کارایی آن حدود ۸۰ درصد بود که نشان‌دهنده قدرت بالقوه آن برای تعیین مقادیر بسیار ناچیز DNA متیله در خون است.»
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری مهدی دادمهر، دکتر مرتضی حسینی- عضو هیئت علمی دانشگاه تهران، دکتر سامان حسین خانی- عضو هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس- و سایر همکارانشان است در مجله Biosensors and Bioelectronics (جلد ۶۰، شماره ۱، ماه آوریل، سال ۲۰۱۴، صفحات ۳۵ تا ۴۴) منتشر شده است
به گفته مهدی دادمهر، دانشجوی دکتری نانوبیوتکنولوژی دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، از چالش‌های بسیار مهم برای شناسایی این تغییرات، مقدار بسیار پایین DNA در خون است که نیاز به سیستم تشخیصی بسیار حساس دارد. روش‌های معمولی که امروزه در دنیا استفاده می‌شود، عموما مبتنی بر تکثیر DNA بعد از پیش تیماری (تیمار بی‌سولفیت) است که منجر به تخریب بیش از ۹۰ درصد DNA مورد آزمایش می‌شود.
در این کار تحقیقاتی، با استفاده از یک نانو سامانه مبتنی بر کاوشگر فلورسنت، امکان شناسایی تغییرات متیلاسیون و حتی بصورت دقیق‌تر درصد متیلاسیون فراهم شده است. حساسیت این نانوسامانه بسیار بالا است به نحوی که غلظت‌هایی در حد ۰/۳ فمتو‌مولار از DNA را شناسایی می‌کند. این میزان تا به امروز بهترین حد تشخیص در مقایسه با دیگر روش‌های مختلف گزارش شده در دنیا است.
در ساخت این نانوحسگر، از نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن با پوشش طلا استفاده شده است. دادمهر در خصوص مزایای نتایج این طرح افزود: «این نانوحسگر زیستی علاوه بر فراهم کردن امکان تشخیص زود هنگام سرطان، با تعیین نوع ژن متیله شده، امکان ژن‌درمانی هدفمند سرطان را نیز تسهیل می‌نماید.»
وی در ادامه عملکرد این نانوحسگر را بدین شرح بیان کرد: «ابتدا نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن با اندازه حدود ۱۰ نانومتر ساخته و یک لایه طلا با ضخامت حدود ۱/۲ نانومتر روی آن احیا شد. در حالی‌که خصوصیت مغناطیسی امکان جداسازی زیستی را فراهم می کند، لایه بسیار نازک طلا با حفظ خصوصیت رزونانس پلاسمون سطحی، باعث تثبیت تک رشته DNA حاوی گروه سولفیدریل، به عنوان کاوشگر روی سطح نانوذره می‌شود. هنگامی که این نانوسامانه در معرض تک رشته‌های مکمل متیله و غیر متیله مربوط به ژن سرکوب کننده تومور قرار گیرد، با آن‌ها هیبرید( اتصال دو رشته DNA دارای توالی‌های مکمل) می‌شود. پس از اضافه شدن یک نشانگر فلورسنت (دیپریدامول) و واکنش آن با رشته‌های DNA، برای توالی‌های مختلف، رفتار فلورسنتی متفاوتی توسط نانوحسگر مشاهده می‌شود. حضور گروه‌های متیل روی بازهای سیتوزین DNA، باعث کاهش فلورسنت می‌شوند. در حالی‌که عدم حضور آن‌ها نشر فلورسنت را افزایش می‌دهد. با به کارگیری نانوحسگر طراحی شده در آزمایش نمونه حقیقی در سرم خون، کارایی آن حدود ۸۰ درصد بود که نشان‌دهنده قدرت بالقوه آن برای تعیین مقادیر بسیار ناچیز DNA متیله در خون است.»
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری مهدی دادمهر، دکتر مرتضی حسینی- عضو هیئت علمی دانشگاه تهران، دکتر سامان حسین خانی- عضو هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس- و سایر همکارانشان است در مجله Biosensors and Bioelectronics (جلد ۶۰، شماره ۱، ماه آوریل، سال ۲۰۱۴، صفحات ۳۵ تا ۴۴) منتشر شده است
