طراحی و تولید کیت استخراج مغناطیسی DNA ژنومیک از خون با بازده بالا
دانلود فایل RFP

تاریخ شروع : 1402/09/25
مهلت ارسال : 1402/10/16
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500میلیون تومان  



طراحی و تولید کیت استخراج مغناطیسی DNA ژنومیک از خون با بازده بالا
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:
  1. 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.
  2. مرحله استخراج DNA: استخراج DNA جهت آنالیز ژنتیکی برای اهداف علمی، پزشکی و ... الزامی است.
  3. مرحله شستشو: سایر اجزای سلول در این مرحله شسته و خارج می‌شود.
  4. 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.
  1.  مطالعه و تحقیق به منظور شناخت انواع نانوذرات مغناطیسی با پوشش­‌ها و ویژگی­‌های ساختاری متفاوت و بافرهای مربوطه و تهیه دستورالعمل استخراج
  2. جمع‌بندی فرآیند فرمولاسیون بافرها و دستیابی به بافرهای مورد نیاز
  3. خرید و تهیه مواد اولیه با کیفیت جهت تولید
  4. تولید کیت و بهینه‌سازی فرآیند استخراج DNA از خون با غلظت بالا
  5. آنالیز نتایج تا رسیدن به نتیجه مورد انتظار طرح
  6. آزمون و خطا و اصلاح پروتکل تا رسیدن به نتیجه تکرارپذیر
  7. ساخت نمونه اولیه کیت مغناطیسی استخراج DNA و ارائه آن به سازمان غذا و دارو
  8. تهیه مستندات، تدوین و ارائه گزارش عملیاتی اجرای طرح
  1. انتخاب نانوذرات مغناطیسی مناسب برای استخراج DNA از نمونه خون با غلظت بالا
  2. دستیابی به فرمولاسیون و تولید بافرهای مورد نیاز جهت فرآیند استخراج DNA از خون
  3. بهینه‌سازی پروتکل کیت استخراج مغناطیسی DNA از نمونه خون با نسبت طیف­های 260 به 280 و 260 به 230 نزدیک به 2
  4. 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.
  1. 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
  2. دسترسی به دستگاه Real Time و دستگاه نانودراپ
  3. دسترسی به نمونه حقیقی انسان
  4. 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:
  1. دکتری بیوشیمی مسلط بر استخراج گونه‌­های زیستی و مایعات بدن
  2. دکتری ویروس‌شناسی مسلط بر استفاده از روش­‌های تخصصی سرولوژی و مولکولی در مطالعه و شناسایی ویروس‌­ها
  3. کارشناس ارشد زیست شناسی سلولی مولکولی مسلط بر تست‌های مولکولی
  4. 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@