ضرورت مسئله
دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) نوعی اسید نوکلئیک است که حامل اطلاعات ژنتیکی لازم برای سنتز پروتئینها در سلولهای بیولوژیکی است و برای رشد و عملکرد طبیعی موجودات ضروری است. تجزیه و تحلیل DNA برای طیف گستردهای از کاربردهای مرتبط با تشخیص بالینی، ژنومیک و ایمنی مواد غذایی به دلیل ویژگی ذاتی و قابلیتهای فنی آن، حیاتی است. علاوه بر این، آسیب به ساختار اولیه DNA در طول استخراج اغلب منجر به کاهش حساسیت، تکرار پذیری ضعیف یا از دست دادن کامل کاربرد DNA در حوزههایی از جمله تقویت و توالییابی واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR) میشود. با توجه به پیچیدگی نمونههای بیولوژیکی و غلظت کم DNA در ماتریکسهای بیولوژیکی، یک روش مناسب برای خالصسازی DNA ضروری است. بنابراین، بکارگیری بهترین روش استخراج DNA با کیفیت بالا ضروری است. تاکنون روشهای مختلفی مانند استخراج فنل/کلروفرم، رسوب ایزوپروپانول و... برای استخراج DNA استفاده شده است. این روشهای مرسوم معمولاً با سانتریفیوژ و فیلتراسیون همراه است که مراحلی زمانبر بوده و فرآیند استخراج را برای کاربر سنگین میکند. اخیراً تلاشها برای توسعه روشهای جدید با حذف چنین مراحلی به جهت ارتقا استخراج DNA در اولویت تحقیقات میباشد. پژوهشها نشان داده است، استخراج مغناطیسی DNA مبتنی بر نانومواد به طور گستردهتری نسبت به سایر روشهای استخراج DNA در کاربردهای عملی پذیرفته شده است، زیرا به مصرف حلال آلی کمتری نیاز دارد، هزینه کمتری دارد، شامل مراحل سادهتری است و زمان پردازش سریعی دارد. در تحقیقات مولکولی، آزمایشات ژنتیکی و تستهای تشخیص طبی، تکنیک استخراج DNA از نمونه خون کامل و بافت، همواره از ضروریترین تکنیکها میباشد و در حال حاضر در سراسر دنیا اغلب این تکنیک با یکی از روشهای استفاده از نانوذرات مغناطیسی یا ستونهای سیلیکایی انجام میشود. با توجه به فعالیت مراکز ژنتیک پزشکی که متمرکز بر تشخیص اختلالات و بیماریهای ژنتیکی است و نیازمندی این حوزه فعالیت به DNA استخراج شده با غلظت و خلوص بالا است و بهرهبری از شرایطی همچون عدم نیاز به خلاء و سانتریفیوژ و همچنین صرفه جویی در زمان، هزینه و نیروی انسانی از دیگر مزایای مورد استقبال این مراکز میباشد، با توجه به مزیتهای مشهود استخراج به روش مغناطیسی نسبت به روش ستون سیلیکایی، بهینهسازی پروتکل کیت استخراج مغناطیسی DNA از نمونه خون همچنان ضرورت دارد. این امر مهم با انتخاب و تهیه نانوذرات مغناطیسی با پوشش و اندازه مناسب، دستیابی به فرمولاسیون، تولید بافرهای مورد نظر و در نهایت ساخت کیت کامل استخراج مغناطیسی DNA امکانپذیر میباشد.
مشروح مسئله تحقیقاتی
در تحقیقات مولکولی، آزمایشات ژنتیکی و تستهای تشخیص طبی، استخراج DNA از نمونه خون کامل و بافت، همواره از ضروریترین تکنیکها میباشد. بطور کلی فرآیند استخراج ژن از سلول شامل 4 مرحله تخریب دیواره سلول، استخراج DNA، شستشو و رهاسازی ژن استخراج شده میباشد. این فرآیند به شرح ذیل میباشد:
- مرحله لیز کردن: در این مرحله دیواره سلول یا بافت (به عبارتی پروتئینها، لیپیدها و پلیساکاریدهای ویروس) تخریب میشود که طی آن ماده ژنتیکی یا DNA آزاد شده و جهت استخراج در دسترس قرار میگیرد.
- مرحله استخراج DNA: استخراج DNA جهت آنالیز ژنتیکی برای اهداف علمی، پزشکی و ... الزامی است.
- مرحله شستشو: سایر اجزای سلول در این مرحله شسته و خارج میشود.
- مرحله رهاسازی: DNA استخراج شده برای تشخیص آمادهسازی میشود.
در حال حاضر در سراسر دنیا اغلب این تکنیک با یکی از روشهای استفاده از نانوذرات مغناطیسی یا ستونهای سیلیکایی انجام میشود. در استخراج به روش ستون سیلیکا، آزادسازی و بازیابی DNA ژنومیک، طی فرآیند کروماتوگرافی از سلول انجام میشود. با وجود اینکه استفاده از روش ستونی در بین مراکز درمانی و تحقیقاتی پیشینه بیشتری دارد؛ اما همراه با معایبی نیز میباشد. از جمله این معایب اینکه اولا استخراج با توجه به مراحل مختلفی که دارد زمانبر و خطاپذیر بوده و احتمال آلوده شدن نمونه بالاست، چرا که در تمامی مراحل با حضور پرسنل اجرا میشود و نیاز به دخالت و دقت آن فرد دارد. دوما ستونها و اقلام مصرفی نظیر کالکشن تیوبهای مورد استفاده عمدتاً وارداتی هستند که در نتیجه خرید آن و خروج ارز از کشور و همچنین عدم ثبات قیمت ارز، همواره هزینههای سنگینی بر دوش مراکز تحقیقاتی و درمانی میباشد. سوما DNA استخراجشده با روش سیلیکایی غلظت بالا و مطلوبی ندارد. لذا بسیاری از آزمایشگاهها از تکنیک قدیمیتر و زمانبر تر جداسازی با نمک استفاده میکنند.
اما در مقابل روش ستونی، جدیدترین و به روزترین روش استخراج یعنی استخراج مغناطیسی قرار دارد. این روش از نانوذرات سوپرپارامغناطیس استفاده میکند که طی سالیان اخیر توجه بسیاری از شرکتهای بزرگ بین المللی را جهت استخراج و جداسازی آسان و موثر مولکولهای زیستی جلب کرده است. با استفاده از یک نانوذره مغناطیسی اختصاصی میتوان DNA ژنومیک را با غلظت و خلوص بالا از نمونه خون استخراج کرده و مورد بررسی و آزمایشات بعدی قرار داد. همچنین این نوع استخراج نیاز به خلاء و سانتریفیوژ را مرتفع میکند و منجر به کاهش تنش یا نیروهای برشی روی مولکولهای DNA میشود و آن را به حداقل میرساند. استفاده از روش استخراج مغناطیسی از نظر صرفهجویی در وقت، هزینه و همچنین به کارگیری نیروی انسانی کمتر به مراتب نسبت به سایر روشهای استخراج بهصرفهتر است.
نانوذرات مغناطیسی انواع مختلفی دارند. پوششهای سطحی و مواد شیمیایی مختلف روی هر نوع نانوذره، خاصیت اتصال خاص خود را میدهند که میتوان از آن برای جداسازی و خالصسازی مغناطیسی اسیدهای نوکلئیک، پروتئینها یا سایر مولکولهای زیستی را به آسانی، مؤثر، مقیاسپذیر و البته اختصاصی استفاده کرد. این سهولت و گستردگی استفاده، نانوذرات مغناطیسی را به صورت خودکار و مناسب برای طیف وسیعی از آزمایشهای کاربردی از جمله آمادهسازی نمونه برای توالییابی نسل بعدی (NGS)، PCR، تخلیص پروتئین، تشخیص مولکولی و ایمونولوژی و حتی مرتبسازی سلولهای فعال مغناطیسی (MACS) در میان بسیاری دیگر مناسب میکند.
با توجه به نیاز مراکز تشخیص ژنتیک پزشکی به غلظت و خلوص بالای DNA استخراج شده، تهیه نانوذرات مغناطیسی با پوشش و اندازه مناسب و سپس ساخت کیت کامل استخراج مغناطیسی DNA ضروری میباشد.
این شرکت یک شرکت نوآور است که در سال 1397 بهعنوان شرکت دانشبنیان مورد تائید معاونت علمی فناوری ریاست جمهوری قرارگرفت. موضوع اصلی فعالیت شرکت، توسعه و تولید محصولات برپایه دانش نانو میباشد. تمامی فعالیتها و پروژههای شرکت در حوزههای مواد پیشرفته و نانومواد، توسعه محصولات بر پایه نانوفناوری، تولید و توسعه محصولات برپایه بیوتکنولوژی میباشد که منجر به خلق فنآوری و تولید محصولات دانشبنیان شده است. این مجموعه اولین شرکت دانشبنیان ایرانی است که با بکارگیری توان و دانش بومی موفق به طراحی و تولید کیتهای مغناطیسی استخراج نوکلئیک اسید شده است. در این کیتها از نانوذرات مغناطیسی با پوشش اختصاصی که امکان استخراج نوکلئیک اسید از مایعات و بافت را فراهم میآورد، استفاده شده است. از برنامههای آتی این شرکت توسعه محصولات نانویی از جمله ساخت نانوذرات مغناطیسی با پوشش منحصر به استخراج DNA ژنومیک از نمونه خون کامل و بافت میباشد.
از این رو شرکت برآن شده است که دانش فنی تولید نانوذرات اختصاصی مذکور را کسب کرده و برای ارتقا پایههای علمی و استفاده از روشهای نوین و به روز در سیستم درمانی کشور بکوشد.
- مطالعه و تحقیق به منظور شناخت انواع نانوذرات مغناطیسی با پوششها و ویژگیهای ساختاری متفاوت و بافرهای مربوطه و تهیه دستورالعمل استخراج
- جمعبندی فرآیند فرمولاسیون بافرها و دستیابی به بافرهای مورد نیاز
- خرید و تهیه مواد اولیه با کیفیت جهت تولید
- تولید کیت و بهینهسازی فرآیند استخراج DNA از خون با غلظت بالا
- آنالیز نتایج تا رسیدن به نتیجه مورد انتظار طرح
- آزمون و خطا و اصلاح پروتکل تا رسیدن به نتیجه تکرارپذیر
- ساخت نمونه اولیه کیت مغناطیسی استخراج DNA و ارائه آن به سازمان غذا و دارو
- تهیه مستندات، تدوین و ارائه گزارش عملیاتی اجرای طرح
- انتخاب نانوذرات مغناطیسی مناسب برای استخراج DNA از نمونه خون با غلظت بالا
- دستیابی به فرمولاسیون و تولید بافرهای مورد نیاز جهت فرآیند استخراج DNA از خون
- بهینهسازی پروتکل کیت استخراج مغناطیسی DNA از نمونه خون با نسبت طیفهای 260 به 280 و 260 به 230 نزدیک به 2
- تکرارپذیری نتایج آزمونهای کیفیت ذکر شده در بخش الزامات طرح و دستیابی به نتیجه قابل قبول مطابق با موارد زیر:
-
- آزمون همبستگی از طریق تست آماری همبستگی با کیت مرجع انجام شود (میزان قابل قبول ارتباط بالای 95 درصد است).
- آزمون خطی بودن انجام شود، میزان قابل قبول Bias کمتر از 10 درصد است.
- آزمونهای بررسی دقت سنجش انجام شود، میزان قابل قبول CV کمتر از 10 درصد است.
- آزمون واکنش متقاطع انجام شود، میزان قابل قبول واکنش کمتر از 5 درصد است.
- آزمون تداخل انجام شود، میزان قابل قبول واکنش کمتر از 5 درصد است.
- تیم متخصص در زمینه زیستشناسی و بیوشیمی مسلط بر تستهای مولکولی و شناسایی ویروسها با توانایی عیبیابی فرآیندهای سنتز و بهینهسازی پروتکل و استفاده از روشهای تخصصی استخراج گونههای زیستی
- دسترسی به دستگاه Real Time و دستگاه نانودراپ
- دسترسی به نمونه حقیقی انسان
- آزمایشگاه تحقیقاتی مجهز به تجهیزات و مواد موردنیاز جهت سنتز نانوذرات مغناطیسی و بافرها
معیارهای ارزیابی و انتخاب مجری:
تیم متخصص متشکل از افراد با رشته و مقطع تحصیلی و مهارتهای مختلف به شرح ذیل باشد:
- دکتری بیوشیمی مسلط بر استخراج گونههای زیستی و مایعات بدن
- دکتری ویروسشناسی مسلط بر استفاده از روشهای تخصصی سرولوژی و مولکولی در مطالعه و شناسایی ویروسها
- کارشناس ارشد زیست شناسی سلولی مولکولی مسلط بر تستهای مولکولی
- کارشناس ارشد بیوشیمی بالینی/محض مسلط بر فعالیتها و عملکرد بافرهای استخراج
- مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنالهای داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانسها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دستاندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسبوکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری تماماً متعلق به شرکت متقاضی بوده و مجری صرفاً حقالزحمه اجرای پروژه تحقیقاتی را دریافت خواهد کرد.
شماره تماس:
021-88486498
اینستاگرام:
iran.challenges@