طراحی
و ساخت یک دستگاه میکروفلویدیک گریز از مرکز به منظور شناسایی و جداسازی
سلولهای سرطانی چرخشی در خون عنوان طرحی است که با پشتیبانی صندوق حمایت
از پژوهشگران و فناوران معاونت علمی توسط محققان دانشگاه صنعتی شریف انجام
شد. به گزارش پایگاه خبری تحلیلی فناوری و نوآوری، "طراحی و ساخت یک دستگاه میکروفلویدیک گریز از مرکز به منظور
شناسایی و جداسازی سلولهای سرطانی چرخشی در خون" عنوان طرحی است که با
پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران معاونت علمی توسط محققان
دانشگاه صنعتی شریف انجام شده است. این پروژه طراحی و ساخت یک دستگاه
میکروفلویدیک گریز از مرکز به منظور شناسایی و جداسازی سلولهای سرطانی
چرخشی در داخل نمونه خون را دنبال می کند. چرا که با قرار دادن این دستگاه
روی یک سیستم دوار، نمونه خون با استفاده از نیروهای گریز از مرکز، بدون
نیاز به پمپ خارجی، در داخل دستگاه جریان می‌یابد. در نهایت نیز طی دو
مرحله جدایش توسط میدان مغناطیسی و نیروهای گریز از مرکز، سلولهای هدف از
سایر سلولهای موجود در خون جدا می‌شوند.
شبیه‌سازی و ساخت یک دستگاه میکروفلویدیک گریز از مرکز
همچنین
می توان هدف از این طرح را هدف طراحی، شبیه‌سازی و ساخت یک دستگاه
میکروفلویدیک گریز از مرکز به منظور جداسازی سلولهای سرطانی چرخشی از
نمونه خون بیمار دانست. سلولهای سرطانی چرخشی جزء سلولهای کمیاب هستند
به‌طوریکه در برخی از مواقع در یک میلی‌لیتر از نمونه خون بیمار تنها 10
عدد از این سلول وجود دارد. از اینرو جداسازی چنین سلولی نیازمند استفاده
از روشی است که از راندمان و خلوص جداسازی بالایی برخوردار باشد موضوعی که
در این طرح دنبال شد. سلولهای سرطانی گردشی نوع خاصی از سلولهای سرطانی
هستند که از بافت تومور جدا شده و وارد جریان خون می‌شوند. در این پروژه به
منظور جداسازی این سلول‌ها، از جداسازی انحصاری بوسیله‌ی آنتی‌بادی Ep-CAM
مخصوص سلول سرطانی MCF7 استفاده شد. در این روش آنتی‌بادی مخصوص سلول
سرطانی طی یک فرایند شیمیایی با نانوذرات مغناطیسی پوشانده شده و سپس در
معرض تماس با نمونه سلولی قرار می‌گیرد. سپس حصول اطمینال به وسیله اعمال
میدان مغناطیسی خارجی سلولهای سرطانی از سلولهای سالم جدا می‌شوند. برای
طی این مسیر نخست کلیه واحدهای عملیاتی در فاز نرم‌افزاری طراحی و مدل‌سازی
شد و نتایج مدل‌سازی مورد بحث و بررسی قرار گرفت. سپس سامانه
میکروفلوییدیک ساخته شد.
کاهش هزینه های تحقیق
دستگاه‌های
میکروفلویدیک گریز از مرکز در چند دهه اخیر توجه محققان را به خود جلب
کرده‌است. چنین دستگاه‌هایی می‌تواند با به کارگیری نیروهای ناشی از چرخش
دیسک و همچنین شبکه پیچیده‌ای از میکروکانال‌ها، چندین عملکرد مختلف را به
صورت همزمان و پیاپی انجام دهد. به این ترتیب خطای سیستم کاهش می‌یابد و
سیستم هایی طراحی می‌شود که ضمن آماده‌سازی نمونه اولیه، آنالیزهای موردنظر
را نیز روی آن انجام می‌دهد.
در مقایسه با سیستم‌های میکروفلویدیکی که
روی تراشه ساخته می‌شود، دستگاه‌های میکروفلویدیک گریز از مرکز با حداقل
تجهیزات لازم سیال را داخل میکروکانال‌ها پمپ می‌کنند. به عبارتی تنها یک
موتور کوچک و ساده برای ایجاد چرخش دیسک کافی است تا جریان سیال داخل
میکروکانال‌ها برقرار شود و نیاز به هیچگونه پمپ خارجی وجود ندارد. به
علاوه پمپ کردن با روش گریز از مرکز نسبت به سایر انواع پمپ‌ها مزایایی نیز
دارد زیرا وابستگی شدید به خواص فیزیوشیمیایی سیال از قبیل PH و یا شدت
یونی وجود ندارد. به علاوه نیازی به تآمین ولتاژهای بالا برای پمپ خارجی
نیست. میکروفلویدیک‌های گریز از مرکز را می‌توان به شکل انبوه از مواد
ارزان قیمتی مانند پلی‌کربنات تولید کرد. به علاوه با کاهش سایز آزمایش‌ها،
هزینه‌ها به حداقل مقدار ممکن می‌رسد.
گستره وسیعی از سیالات از قبیل
محلول‌های آبی و سیالات بیولوژیکی تاکنون با موفقیت در داخل دستگاه‌های
میکروفلویدیک گریز از مرکز پمپ شده‌اند.
ترکیب میان فناوری سیستم های میکروفلویدیک و مغناطیس
ترکیب
میان فناوری سیستم های میکروفلویدیک و مغناطیس در چند سال اخیر صورت گرفته
است. به‌علاوه اتصال بیدهای مغناطیسی به آنتی بادی‌ها و دیگر بیومولکول‌ها
جزء تکنولوژی‌هایی است که در چند سال اخیر به آن دست یافته شده‌است.
استفاده از میدان مغناطیسی در سیستم های میکروفلویدیکی دارای مزایای بسیاری
است. به عنوان مثال می‌توان بدون تماس مستقیم با سیال، میدان مغناطیسی را
به آن اعمال نمود. به علاوه نیروی مغناطیسی تحت اثر پارامترهایی از قبیل
بار سطوح، PH و غلظت یونی قرار نمی‌گیرد. از اینرو امروزه مغناطیس
کاربردهای بسیاری در طراحی سیستم‌های میکروفلویدیکی داراست. به عنوان نمونه
می‌توان از میدان مغناطیسی برای جداکردن اجزای مغناطیسی از قبیل ذرات
مغناطیسی، سلول‌هایی که از نظر مغناطیسی علامت‌گذاری شده یا ستون‌هایی از
جنس سیال فرومغناطیس در داخل میکروکانال‌ها استفادهکرد. از میدان مغناطیسی
می‌توان برای جداکردن اجزای غیرمغناطیسی مانند دیامغناطیس‌ها نیز استفاده
کرد. به منظور پمپ کردن، اختلاط سیال، طراحی شیرها و سوئیچ‌ها در سیستم‌های
میکروفلویدیکی نیز از میدان مغناطیسی استفاده می‌شود.
فاکتوری برای تشخیص سرطان
وجود
سلولهای سرطانی چرخشی (CTC’s) در نمونه خون، یک فاکتور اولیه در تشخیص
بیماری سرطان است. این سلول‌ها با جدا شدن از تومور اصلی وارد سیستم
گردش‌خون شده و به این ترتیب به ارگان‌های حیاتی که در فواصل دورتری از
تومور اولیه قرار دارند، منتقل می‌شوند و تومورهای ثانویه را تولید
می‌کنند. این پروسه تحت عنوان پخش سرطان شناخته می‌شود که علت اصلی مرگ در
بیشتر سرطان‌ها به شمار می‌آید. علاوه بر اینکه شمارش تعداد CTC’s می‌تواند
به عنوان پارامتری برای سنجش میزان پیشرفت بیماری به کار رود، می‌تواند به
عنوان فاکتوری برای سنجش میزان بازدهی درمان و همچنین درمان‌های مبتنی بر
تشخیص نیز بکار رود. از CTC’s می‌توان به منظور بررسی رفتار ضد سرطانی یک
داروی خاص نیز استفاده کرد.
همچنین تخمین‌ها نشان می‌دهد که در هر یک
میلی‌لیتر از نمونه خون در کنار میلیون‌ها گلبول سفید و چندین میلیارد
گلبول قرمز تنها کمتر از ده سلولCTC وجود دارد. به همین علت امروزه
تحقیقات بسیاری انجام می‌شود تا روش‌هایی ارائه شود که ضمن انجام جدایش با
خلوص بالا، بازدهی بالایی نیز داشته باشد.
علم و فناوری روز به روز به
سمت دستگاه‌هایی با ابعاد کوچک‌تر و دقت بالاتر پیش می‌رود. تا به این
ترتیب بتوان هزینه ساخت و همچنین هزینه مواد اولیه را کاهش داد. بنابراین
در کاربردهای بیولوژیکی از سیستم‌های میکروفلویدیکی استفاده می‌شود که
دارای ابعاد بسیار کوچکی است و می‌توان با حداقل نمونه اولیه و مواد جانبی
بررسی‌های لازم را انجام داد. استفاده از یک دستگاه میکروفلویدیک به دلیل
ابعاد کوچک، هزینه ساخت پایین، قابلیت تجاری‌سازی، کنترل‌پذیری بالا و
دستیابی به خلوص بالا می‌تواند کمک شایانی به علوم پزشکی در راستای تشخیص و
درمان سرطان و دیگر بیماری‌ها کند.
بنابراین هدف طرح حاضر طراحی و
ساخت یک دستگاه میکروفلویدیک گریز از مرکز برای جدایش CTC’s از نمونه خون
فرد بیمار است تا به کمک آن بتوان در هر آزمایشگاه در مدت زمان اندک و صرف
هزینه پایین، به خلوص بالایی از CTC’s دست یافت.
