زیست فناوری

چکیده فناوری میکروسیالی که به‌عنوان مطالعه و دست‌کاری جریان سیالات در کانال‌هایی با ابعاد میکرومتری شناخته می‌شود، یکی از مهم‌ترین دستاوردهای چند دهه‌ی اخیر در حوزه‌ی فناوری‌های کوچک‌سازی است. این فناوری با تلفیق دانش‌های مهندسی، فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی، امکان کنترل و تحلیل حجم‌های بسیار کوچک از مایعات را فراهم کرده است، به‌طوری‌که رفتار سیال در این مقیاس به‌طور چشمگیری با مقیاس ماکرو متفاوت است. از ویژگی‌های مهم میکروسیالات می‌توان به کنترل دقیق پارامترهای فیزیکی، کاهش مصرف نمونه و مواد، افزایش سرعت انجام آزمایش‌ها و قابلیت انجام چندین فرآیند هم‌زمان اشاره کرد. این مزایا موجب توسعه‌ی دستگاه‌های موسوم به آزمایشگاه روی تراشه شده‌اند که می‌توانند فرآیندهای پیچیده‌ی زیستی را در ابعادی کوچک و قابل‌حمل انجام دهند. در سال‌های اخیر، این فناوری در حوزه‌های گوناگون زیست‌فناوری و پزشکی جایگاهی ویژه یافته است. از کاربردهای برجسته‌ی آن می‌توان به تشخیص سریع بیماری‌ها، تحلیل ژنتیکی، غربالگری دارو، رهایش هدفمند ترکیبات دارویی و مدل‌سازی بافت‌ها و اندام‌های انسانی اشاره کرد. علاوه بر این، پیشرفت در ساخت تراشه‌های پلیمری و میکروسیالات کاغذی، زمینه‌ی گسترش کاربرد این فناوری را فراهم کرده است. هدف این مقاله، ارائه‌ی مروری جامع بر کاربردهای فناوری میکروسیالی در زیست‌فناوری و بررسی مهم‌ترین پیشرفت‌ها، چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده در سه حوزه‌ی دارویی، تشخیصی و زیست‌مهندسی است.

چکیده اینترلوکین-۶ (۶IL-) یکی از سایتوکین‌های کلیدی با نقش دوگانه در فرآیندهای التهابی و ضد‌التهابی است که در تنظیم پاسخ‌های ایمنی، تمایز سلولی و آسیب‌های بافتی نقش مهمی دارد. افزایش سطح ۶IL- در سرم می‌تواند شاخص بروز اختلالاتی نظیر عفونت‌های مزمن، سرطان، بیماری‌های خودایمنی و آلزایمر باشد. با وجود پیشرفت در آزمون‌های مبتنی بر ELISA، این روش‌ها همچنان پرهزینه، زمان‌بر و نیازمند حجم بالای نمونه‌های زیستی هستند.
در این پژوهش، یک زیست‌حسگر نوین مبتنی بر سطوح همه‌گریز (Omniphobic) با الهام از ساختارهای زیستی طراحی شد که در آن آنتی‌بادی ضد ۶ IL- به‌صورت یکنواخت با استفاده از چاپ افشانه‌ای بر روی لایه‌ای از پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA) پوشش‌داده‌شده با فلوئوروسیلان تثبیت گردید. به‌منظور بهبود پایداری و کاهش جذب غیراختصاصی، لایه‌ای از مایع لغزنده زیست‌سازگار به سطح افزوده شد.
نتایج نشان داد که حسگر طراحی‌شده قادر به شناسایی ۶ IL- در غلظت‌های بسیار پایین (حد تشخیص 5/2 پیکوگرم بر میلی‌لیتر) حتی در خون کامل انسان است. ویژگی اختصاصی بالا، پاسخ خطی گسترده و تکرارپذیری مناسب، این سامانه را به گزینه‌ای مؤثر برای تشخیص سریع و حساس عوامل التهابی تبدیل می‌کند.

چکیده سلول­های بنیادی مزانشیمی از پرکاربردترین رده­ های سلولی بنیادی و بالغ در مطالعات مربوط به مهندسی بافت، سلول درمانی و پزشکی بازساختی هستند. تأمین شرایط و محیط لازم برای تکثیر مناسب و هم­چنین هدایت رفتار تمایزی این سلول­ها به سمت سلول­های هدف و بالاخص سلول­های بافت­هایی که توانایی ترمیم محدودی دارند (مانند سلول­های عصبی)؛ در تحقیقات متعددی مورد بررسی قرار گرفته است. در مطالعه حاضر نیز رفتار سلول­های مزانشیمی مستخرج از مغز استخوان موش در مجاورت هیدروژل کلاژنی و غلظت­های متفاوتی از عصاره هیپوکامپ بدست آمده از مغز جنین موش، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تست­های سلولی مانند MTT، زیست­ سازگاری بالای هیدروژل کلاژنی و اثر مثبت عصاره هیپوکامپ بر رشد سلول­ها را تأیید کرد. میزان بیان پروتئین­های نستین و GFAP و تصاویر میکروسکوپ فلوئورسنت، نشان داد که وجود عصاره هیپوکامپ در کنار هیدروژل کلاژنی نه تنها سبب ایجاد سلول­های پیش­ ساز و اجدادی عصبی می گردد، بلکه ضمن حفظ خاصیت بنیادی این سلول­ها، سبب ترغیب آنها به رشد و تکثیر بیشتر نیز می گردد. در مجموع، به نظر می­رسد هیدروژل کلاژنی و اثر نوروتروفیک عصاره هیپوکامپ می­تواند شرایط مناسبی برای تولید سلول­های پیش ­ساز و اجدادی عصبی را فراهم کند.

چکیده نمیوپسین 2  فتوپروتئینی تنظیم شونده با کلسیم دارای 207 باقی مانده آمینواسیدی و وزن مولکولی 24722 دالتون می­باشد. در ساختار این فتوپروتئین موتیف­های EF-hand I-III-IV عملکرد خود در اتصال به کلسیم را حفظ کرده اما EF-hand II در طی تکامل فعالیت خود را از دست داده است. هر EF-hand دارای ساختار مارپیچ لوپ مارپیچ (HLH) می­باشد. لوپ­ها با طول  12 آمینواسید مسئول اتصال به کلسیم هستند. در این پژوهش جهت بازیابی ساختاری و عملکردی لوپ EF-hand II با استفاده از جهش­زایی مبتنی بر تکامل و منطق مولکولی، فتوپروتئینPhotoprotein Mnemiopsin Chimer (PMC)  دارای هفت جهش طراحی شد. ساختارهای جهش یافته توسط  نرم­افزارModeller v.10.4  مدل­سازی شدند. سپس بهترین مدل با استفاده از نرم­افزار Chimera x.1.8 و سرور های ModEval، SAVES جهت ارزیابی فراسنجه های RMSD، RRDistance، Z-Dope، Errat و Verify 3D  ارزیابی شدند. همچنین ساختار دوم، انرژی آزاد و سطوح در دسترس مدل­ها توسط سرورVADAR بررسی شد. فراسنجه آبگریزی و ناپایداری توسط سرورهای Protscale و  ProtParam  ارزیابی شدند. نتایج Prosite بیانگر ایجاد لوپ EF-hand II در PMC می­باشد. شایان ذکر است تغییرات آبگریزی سطحی موتیف EF-hand II بازیابی شده ممکن است برتعامل باکلسیم تاثیر بگذارد. در واقع به دلیل افزایش جایگاه­های اتصال به کلسیم پیش­بینی می­شود، حساسیت به کلسیم و فعالیت PMC­ دچار تغییر شوند.
 

چکیده اهداف: متانوتروف‌ها میکروارگانیسم‌هایی هستند که با استفاده از متان به‌عنوان منبع کربن و انرژی، نقش مهمی در چرخه زیستی کربن دارند و به‌دلیل توان بالای تولید پروتئین تک‌یاخته‌ای، گزینه‌ای ارزشمند در صنایع زیستی محسوب می‌شوند. در این پژوهش، به بررسی افزایش تولید زیست‌توده در شرایط هوازی و غیرهوازی برای سه گونه متانوتروف، Methylococcus capsulatus (Bath)، Methylomicrobium album BG8 و Methanoperedens nitroreducens در محیط in silico پرداخته شده است.
مواد و روش‌ها: ابتدا مدل‌های متابولیکی این میکروارگانیسم‌ها (iMcBath، iJV803 و iMN22HE) بازسازی و با استفاده از جعبه‌ابزار COBRA در محیط MATLAB تحلیل شدند. انتخاب واکنش‌های اصلاح‌شده بر اساس تحلیل حساسیت شار و مرور منابع علمی مرتبط با نقاط کلیدی در مسیر اکسیداسیون متان و متابولیسم نیتروژن صورت گرفت. سپس، آنالیز شار متابولیکی (FBA) با هدف ارزیابی زیست‌توده در حالت پایه و بهینه‌سازی شده انجام و به مقایسه نتایج با یکدیگر پرداخته شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که پس از تغییرات متابولیکی اعمال شده، میزان شار زیست‌توده Methylococcus capsulatus، Methylomicrobium album و Methanoperedens nitroreducens نسبت به حالت پایه، به ترتیب ۲.۸، ۱.۹۴ و ۱.۲۵ برابر افزایش یافت. همچنین نتایج، تحلیل حساسیت و تغییرپذیری شار نشان دادند که نتایج مدل نسبت به تغییر در نرخ جذب سوبسترا پایدار است. نتیجه‌گیری: با توجه به افزایش چشمگیر زیست‌توده Methylococcus capsulatus (Bath) و برخورداری از کاربردهای زیستی و صنعتی شناخته‌شده، و نیز در اختیار داشتن فناوری کشت آن نسبت به سایر متانوتروف‌ها، پیشنهاد می‌شود تغییرات متابولیکی این مدل در محیط آزمایشگاهی بررسی شود تا به کاربردهای زیستی و صنعتی بیشتری دست یابد.

چکیده در این تحقیق مقدار سیتریک، ایزو سیتریک اسید و نسبت آنها، به عنوان شاخص شناسایی تقلب درآبلیموی ایرانی بررسی شد. 30 نمونه، ازدو نوع لیموی تازه لایم پرشین و مکزیکن از بازار تهیه آبلیموی طبیعی تهیه و مقدار سیتریک و ایزو سیتریک اسید در آنها به روش آنزیمی NADPH اسپکتروسکوپی اندازه‌گیری شد. تعداد50 نمونه آبلیموی تجاری از بازار مصرف تهیه و مقدار این دو اسید در آنها اندازه‌‌‌گیری شد. حد تشخیص و حد تعیین مقدار برای سیتریک اسید به ترتیب098/0 و 298/0 و برای ایزو سیتریک اسید به ترتیب1/0 و 35/0 میلی‌‌گرم در لیتر بدست آمد. میزان بازیافت این دو اسید با استفاده از روش آنزیمی از 96 تا 99% برای سیتریک و از 97 تا 99% برای دی ایزو سیتریک اسید متغیر بود. صحت روش با استفاده از محلول‌های مرجع معتبر تأیید و همه نتایج به‌دست‌آمده دارای مقادیر z-score قابل قبول بودند. دقت روش از نظر انحراف استاندارد نسبی زیر 8/4 درصد بود. مقدار سیتریک و ایزو سیتریک اسید در نمونه‌های طبیعی لایم پرشین و مکزیکن به ترتیب از 40/5±8/47 تا 48/4±5/56  گرم درلیتر و از 061/0±221/0 تا 063/0±266/0 گرم در لیتر متغیر بوده و بین دو واریته تفاوت معنی دار وجود نداشت (P>0/05). حدود 4/44 درصد از نمونه‌های آب لیموی بازار مصرف با استاندارد مطابقت نداشته و تقلبی بودند. روش آنزیمی مورد استفاده برای اندازه‌‌‌گیری سیتریک و ایزو سیتریک اسید از دقت، صحت و قابلیت تفکیک‌پذیری بسیار خوبی برخوردار بوده و نسبت به روش کروماتوگرافی در مدت زمان کوتاهتر و با هزینه کمتر قابل انجام است.
 

چکیده امروزه توجه زیادی به بهبود کنتراست تصاویر MRI با استفاده از نانوذرات فریت شده است زیرا این نانوذرات دارای خواص مغناطیسی منحصر به فرد و توانایی تعدیل زمان‌های آسایش پروتون‌های آب هستند. از طرفی بدلیل خاصیت ابرپارامغناطیس و زیست سازگاری این نانوذرات، تصویربرداری با حساسیت و دقت بالا انجام می شود.  در این مطالعه، نانوذرات فریت کبالت (CoFe2O4) با بهره گیری از روش هیدروترمال سنتز شد و ویژگی های ساختاری آنها ارزیابی گردید. سپس بعد از ساخت فانتوم تاثیر نانوذره بر T1 و T2 در MRI مشخص شد. نتایج EDX وجود عناصر O(۵۶,۴۷ درصد)، Fe (۲۷,۸۹ درصد) و CO (۱۵,۶۷ درصد) را در ساختار نانوذرات نشان داد. میانگین اندازه نانوذرات حدود ۱۵۲ نانومتر محاسبه شد و پیک های پیوندهای شاخص Fe-O، Co-O در cm⁻¹۴۰۲,۱ و cm⁻¹۵۸۸,۰۲ توسط نتایج طیف FTIR در ساختار اسپینل نانوذرات تأیید شد. انتقالات بار فلز-اکسیژن در ۲۸۸ نانومتر و انتقالات d-d یون‌های فلزی در ۴۱۰ و ۴۹۵ نانومتر توسط طیف UV-Vis تایید شد که که ویژگی‌های الکترونیکی و نوری ساختار اسپینل را نشان می دهد. آنالیز XRD تشکیل فاز اسپینل خالص با ساختار بلوری منظم را تأیید نمود، که با مشاهده پیک‌های مشخصه صفحات (۳۱۱)، (۴۰۰) و (۴۴۰) در زوایای ۳۵,۵ ، ۴۳,۱ و ۶۲,۷۶ درجه مطابق با الگوی استاندارد ( JCPDS 22-1086) مطابقت داشت. CoFe2O4 با مغناطیس اشباع emu/g ۲۸,۱۸ و مقادیر آسایش های عرضی و طولی بالا (mM⁻¹s⁻¹ ۳۴۱,۸۴=r1 و mM⁻¹s⁻¹ ۲۳۶۷,۳=r2) به عنوان عامل کنتراست دوگانه MRI، هم در حالت T₁ (کنتراست مثبت) و هم T₂ (کنتراست منفی) عملکرد مناسبی را نشان داد.

چکیده گل گاوزبان ایرانی (Echium amoenum) عضوی از خانواده Boraginaceae است که دارای خواص دارویی بسیار با ارزش بوده که در طب سنتی ایرانی بسیار مورد توجه می­باشد. از آنجا که گونه­های مختلف گیاه گل گاوزبان بر اثر برداشت بی‌رویه از عرصه‌های طبیعی توسط انسان، تنش‌های زنده و غیرزنده تهدید شده و کشت کار پی­درپی یک گونه باعث کاهش تنوع ژنتیکی آنها می‌گردد، حفظ ذخایر ژنتیک این گونه‌ها از اهمیت بالایی بر خوردار است. با استفاده از تکنیک نگهداری بذر در دمای فراسرد که یکی از روش­های نگهداری ژرم پلاسم در شرایط خارج از رویشگاه است، می‌توان بذر را به‌طور طولانی مدت و بدون از دست‌دادن قوه‌نامیه ذخیره‌سازی کرد. برای نگهداریE. amoenum در فراسرد از پیش­تیمارهای گلیسرول، محلول ویتریفیکاسیون گیاهی (Plant Vitrification Solution 2 یا PVS2) و کاهش رطوبت بذر قبل از ورود به نیتروژن مایع استفاده شد. بذرهای تیمار شده به‌مدت یک هفته در دمایºC 196- نگهد‌اری شدند. در این مقاله شاخص­های جوانه­زنی و رشد (درصد جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی) E. amoenum پس از یک هفته نگهداری در فراسرد مورد ارزیابی قرار گرفت. بین پیش­تیمارهای مختلف، از لحاظ شاخص جوانه­زنی و سرعت جوانه­زنی اختلاف معنی­داری وجود داشت. بهترین تیمار، تیمار کاهش رطوبت بود. نتایج نشان داد که نگهداری بلند مدت بذر این گونه در دمایºC 196- امکان‌پذیر است.