دستورالعمل نفوذ به سلول سرطانی
نانوذرات پلیمری هدفمند با فناوری پیشرفته داروها را دقیقاً به سلول‌های سرطانی می‌رسانند و اثربخشی درمان را تا پنج برابر افزایش داده و عوارض جانبی را به شدت کاهش می‌دهند. این دستاورد گامی بزرگ در مسیر درمان بیماری‌های مزمن و سرطان‌های مقاوم به درمان است.
به گزارش ستاد ارتباطات و ترویج بنیاد علم و فناوری مصطفی(ص)،چه حسی دارید اگر به شما گفته شود که حدود 8 میلیارد کتابخانه وجود دارد که هرکتابخانه حدودا 46 قفسه کتاب و در مجموع 20000 تا 25000 کتاب دارد؟ همچنین تخمین زده می‌شود که هر کتابخانه حدود 3 میلیارد صفحه کاغذ در خود گنجانده باشد.
این مثال شگفت انگیز، خود ما هستیم. این کتابخانه ژنوم است که تمام اطلاعات مورد نیاز ما برای رشد را در خود جای داده است. اکنون (در هنگام انتشار این متن) جمعیت کره زمین حدود 8 میلیارد نفر است. هر انسان به طور معمول 46 کروموزوم دارد. کروموزوم مانند قفسه‌ای از کتاب‌ها، حدود 20000 تا 25000 کتاب که در زیست شناسی به آن ژن می‌گوییم، در خود جای داده‌است . ژن بخش عملکردی DNA است که دستورالعمل تولید پروتئین‌ها را در خود گنجانده است. اما داستان به همین جا ختم نمی‌شود. هر ژن از قسمت‌هایی به نام اینترون و اگزون تشکیل شده است. اگزون بخشی است که پس از فرایند‌های پیرایش، حفظ شده باقی می‌ماند و به عنوان پایه‌ای برای بیان پروتئین عمل می کند. اما اینترون‌ها در طول رونویسی تحت پیرایش قرار می‌گیرند و متعاقبا حذف می شوند. در نتیجه درمولکول RNA نهایی حضور ندارند. جالب است بدانید ما حدود 3 میلیارد جفت باز در DNA خود داریم!
با انجام محاسبات دیگری با همین اعداد می‌توانید حتی به عدد‌های شگفت‌آور دیگری نیز برسید و شگفتی آفرینش را لمس کنید، در همین راستا در این گزارش به بررسی دستاورد امید فرخزاد پرداخته و از اولویت‌های پژوهشی او صحبت می‌کنیم.
در طول 20 سال گذشته، پیشرفت‌های تکنولوژی امکان دسترسی عمیق و گسترده به اطلاعات ژنومی را فراهم کرده است. تلاش‌های این چند سال جامعه ژنومیک منجر به توالی‌یابی بیش از 1 میلیون ژنوم انسانی و بیش از 10 میلیون اگزوم انسانی (مجموعه‌ای از تمامی اگزون‌ها در یک ژنوم) شده است. در طول این تلاش‌ها، دانشمندان بیش از 1.3 میلیارد تنوع ژنتیکی کشف کرده‌اند. تنوع ژنتیکی به این معنا است که یک ژن اشکال گوناگونی دارد که همین امر موجب تفاوت بین انسان ها می‌شود2. با این وجود از نظر اهمیت عملکردی این تنوع های ژنومی، اطلاعات بسیار کمی داریم.
در نهایت اطلاعات موجود در DNA به پروتئین تبدیل می شوند و اصطلاح جدیدی به نام پروتئوم متولد می شود. پروتئوم مجموعه ای از تمام پروتئین های بیان شده در یک سلول، بافت یا ارگانیسم است. درک اهمیت و پیچیدگی پروتئوم زمینه ساز پیشرفت‌های بعدی در زیست‌شناسی است و در این بین نقش دانشمندان کنجکاوی که به دنبال درک عمیقی از پروتئوم هستند پررنگ تر می‌شود.
اما علت اهمیت بررسی این جزئیات کوچک اما موثر چیست؟ با مطالعه عمیق و جزئی پروتئوم انتظار می رود که علت اختلاف میان حدودا یک میلیون پروتئینی که توسط حدودا 20000 ژن تولید می شود را شناسایی کنیم. این تنوع به علل گوناگونی ایجاد می شود. تفاوت می‌تواند ناشی از تغییرات آمینواسیدها، تغییرات حاصل از پیرایش RNA یا حتی تغییرات پس از ترجمه باشد. این مطالعات برای درک بهتر پروتئین‌ها لازم است و در نهایت گستره‌ای از کاربردها را پیش روی زیست‌شناسان قرار می‌دهد. یکی از پررنگ ترین کاربردها عمیق شدن درک‌ما از زیست‌شناسی است که در نهایت به ما کمک می‌کند تا بیومارکرهای جدیدی برای بیماری‌ها بیابیم. بیومارکر مولکول زیستی است که در خون، سایر مایعات بدن یا بافت‌ها یافت می‌شود و نشانه‌ای از فرآیند طبیعی بدن، شرایطی غیرطبیعی یا بیماری است. از بیومارکر‌ها برای سنجش میزان پاسخ بدن به درمان بیماری‌ها استفاده می شود. بیومارکر‌ها در تشخیص (برای تشخیص سرطان در مراحل اولیه)، پایش(نظارت بر پاسخ به درمان‌های سرطان و ارزیابی اثربخشی درمان) و پیش بینی(پیشگیری و تشخیص زودهنگام بیماری) سریع بیماری ها کمک بسیاری کرده و به پزشکان و پژوهشگران در تشخیص بیماری، نظارت بر شرایط پیش آگهی و مراحل توسعه بیماری کمک می‌کند.
سرنخ‌های پروتئوم برای داروهای جدید
دیگر کاربرد بیومارکر‌ها در زمینه پایش بیماری‌ها به یافتن داروهای جدیدخواهیم رسید. مطالعه پروتئین‌ها دانشمندان را قادر خواهد‌ساخت تا اهداف دارویی بالقوه جدیدی خلق کنند. مولکول‌ها یا پروتئین‌های جدید می‌توانند به عنوان هدف برای توسعه داروهای جدید مورد استفاده قرار گیرند. این اکتشافات بازار‌های جدیدی در حوزه زیست‌شناسی می گشایند که علاوه بر تاثیر مثبت در سلامت عموم جامعه، دستاوردهای اقتصادی نیز در پی دارد. از جمله مهمترین دستاورد‌ها که حاصل همگرایی هر سه کاربرد مطاله پروتئوم است، نقش نانوذرات در درمان است.
برگ برنده‌ای در مقابل سرطان
از جمله مهمترین کاربرد‌های نانو ذرات در درمان امپراطور همه بیماری‌ها،سرطان است. سرطان یکی از بزرگترین چالش‌های پزشکی است و درمان‌های رایج مانند شیمی‌درمانی و پرتودرمانی عوارض جانبی زیادی دارند. در این میان ذرات جادویی به نام نانو حضور پیدا می‌کنند که برگ برنده ما در مقابل سرطان خواهند شد. اهمیت این ذرات از چند جهت قابل بررسی است: عبور از سدهای زیستی، هدف‌گیری دقیق سلول‌های سرطانی، دارورسانی به نقاط خاص بدن و حفظ سلامت بافت‌های غیر سرطانی، ویژگی هایی که باعث شده این ذرات کوچک امید‌های بزرگی برای دانشمندان و بیماران به ارمغان آورند.
ممکن است از خود بپرسید که ارتباط پروتئوم، درمان سرطان و نانوذرات چیست؟ پاسخ این سوال در یافته‌ها و پژوهش‌های امید فرخزاد نهفته است. سوالی که در کافه‌علم 23 نیز پاسخ داده شد. محور اصلی گفتگو در کافه علم 23 با استاد بیوانفورماتیک دانشگاه تهران، چگونگی استفاده از نانوذرات در درمان سرطان بود. ضمن معرفی ویژگی‌های بارز نانوذرات، به چالش‌های استفاده از آن‌ها پرداخته شد.
وی به بررسی دستاوردهای فرخزاد پرداخت و گفت:« سیستم بیولوژیک بدن بسیار پیچیده است و هرمولکول یا ذره‌ای که به بدن تزریق می‌شود باید بتواند درصورت لزوم از پوشش چربی‌دوست سلول‌ها عبور کند. از طرفی تعدادی از داروها باوجود اثربخشی زیادی که دارند، به‌علت ویژگی چربی‌دوستی بالای خود، نمی‌توانند به‌خوبی در محیط‌های آبی حل شوند یا در خون جریان یابند؛ از همین‌رو، استفاده از «نانوذرات هوشمند یا حامل» در روش‌های درمانی اهمیت پیدا می‌کند.»
همچنین بر لزوم طراحی روش‌های درمانی نوین و کم‌عارضه تاکید شد و افزود:« استفاده از نانوحامل‌ها برای دارورسانی هدفمند به محل سلول‌های سرطانی، به دلیل دقت بالا در شناسایی سلول‌های موردنظر و آزاد کردن داروها به‌طور مستقیم در آن منطقه، می‌توانند عوارض روش‌های رایج درمان این بیماری را به میزان زیادی کاهش دهند.» فرخزاد، در پژوهش‌های خود نشان داد که برای آزادسازی دارو در محل هدف، باید شرایط خاصی فراهم شود.
بر اساس این مطالعات، برای اینکه نانوذرات بتوانند سلول‌های سرطانی را شناسایی کنند، باید گروه‌های عاملی خاصی روی آن‌ها قرار گیرد. برای مثال، اسید فولیک -که توسط گیرنده‌های خاص سلول‌های سرطانی تخمدان شناسایی می‌شود- می‌تواند به‌طور خاص به سلول هدف متصل شده و دارو را آزاد کند. در برخی سرطان‌ها، پروتئین‌های خاصی در سلول‌های هدف بیان می‌شوند؛ از این رو، نانوذرات باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که به این پروتئین‌ها متصل شده و دارو را آزاد کنند.
تمام این اکتشافات از دقت به جزئیات کوچک اما موثر در زیست‌شناسی مانند مطالعه پروتئوم بر‌می‌خیزد. پیشرفت فناوری‌ها در طی 5 سال گذشته امکان دسترسی به دانش عمیق و بی‌طرفانه در رابطه با پروتئوم‌ها را در مقیاسی بی‌سابقه فراهم کرده‌است. این پیشرفت‌ها شامل همگرایی مجموعه محصولات پروتئوگراف هستند که نمونه‌برداری عمیق و بی‌طرفانه از پروتئوم با طیف‌سنج‌های جرمی نسل بعدی که سریع‌تر و حساس‌تر هستند را امکان‌پذیر می‌سازند. همچنین امکان تشخیص دقیق پروتئین‌ها و انواع آن‌ها را در وضوح سطح پپتید فراهم می آورند. با این حال دانش کنونی ما فقط چند صفحه از داستان پروتئوم را ورق زده است؛ شاید چند کتاب از سرطان و نانوذرات را مطالعه کرده باشد اما، همچنان در همان کتابخانه هستیم و هزاران صفحه کتاب نخوانده باقی مانده‌است.
آنچه خواندید پیش‌تر در نشریه شماره دوم نشریه بین‌المللی رصدخانه منتشر شده بود.
