پیش بینی پیشرفت های علمی دنیا در ۲۰۲۰: از مهندسی زیستی تا رباتیک پوشیدنی (بخش نخست)

از دهه ۲۰۱۰ میلادی به دهه ۲۰۲۰ وارد شده‌ایم. دهه‌ی گذشته شاهد پیشرفت‌های باورنکردنی در علم و فناوری بودیم. کاهش چشمگیرهزینه‌ی توالی‌یابی ژنتیکی (Genetic Sequencing)، نخستین بهره‌برداری موفقیت‌آمیز از ژن‌درمانی برای انسان‌ها و مشاهده‌ی وجود امواج گرانشی از نشانه‌های رشد علمی دهه‌ی گذشته بود. اما در دهه‌ی پیش رو با چه پیشرفت‌هایی در زمینه‌ی علمی روبرو خواهیم شد؟ پژوهشگران موسسه ویس (Wyss Institute) دانشگاه هاروارد پیشرفت‌های بزرگ علمی دهه پیش رو را پیش‌بینی کرده‌اند. پژوهشگران آزمایشگاه مهندسی الهام گرفته از سامانه‌های زیستی (Biologically Inspired Engineering) در رشته‌ها و زمینه‌های متنوعی مشغول به کار هستند. ‌آن‌ها تحولات تاثیرگذار سال ۲۰۲۰ تا ۲۰۳۰ را بیان کردند. در ادامه به پیش‌بینی پژوهشگران موسسه ویس از جمله زیست شناسی مصنوعی می‌پردازیم. با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

پیش بینی پیشرفت های بزرگ علمی دنیا در دهه پیش رو ۲۰۲۰ مهندسی زیستی

۱) زیست شناسی مصنوعی (Synthetic Biology)

زیست‌شناسی مصنوعی زمینه تازه‌ای از ترکیب علم زیست‌شناسی و مهندسی است. طراحی و ساخت سامانه‌های زیست شناختی که در طبیعت یافت نمی‌شوند ویژگی مشترک همه روش‌ها و رشته‌های زیست‌شناسی مصنوعی است.

توالی‌یابی ژنتیکی و پیشرفت پزشکی

متخصصان زیست‌شناسی امیدوارند تا سال ۲۰۳۰، آزمایش‌های بالینی انسانی برای اندام‌های پیوندی آغاز شود. این اندام‌های پیوندی از خوک‌هایی با ویرایش ژنتیکی و پروتئین‌هایی مشتق شده از ژنوم بازتولید شده به دست می‌آیند. توالی‌یابی ژنتیکی ممکن است بتواند جایگزین روش‌های گران‌قیمت ژن‌درمانی در برخی بیماری‌های نادر شود. تصورکنید بتوانیم با وضوح پنج نانومتر داستان DNA RNA و پروتیین‌ها را کشف کنیم. سرعت بالای توالی‌یابی که از طریق فناوری‌های جدید بدست آمده‌است ابزاری قدرتمند برای توالی‌یابی کامل DNA یا ژنوم انسان، حیوانات، گیاهان و گونه‌های میکروبی و زیست‌شناسی مولکولی فراهم می‌کند. توانایی تشخیص سریع بیماری‌های همه‌گیرو درمان موثر بیماری‌ها از مزایای زیست‌شناسی مصنوعی است.

مهندسی زیستی و حل مشکلات محیط زیستی

اساتید موسسه ویس امید دارند در آینده‌ی پزشکی بتوان از توالی‌یابی ژنتیکی برای کاربردهای تولید گیاهان مقاوم به ویروس و فیل‌های مقاوم به سرما بهره برد. این پژوهش‌ها با هدف ذخیره دی‌اکسیدکربن در خاک و گیاهان و کاهش گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت هوا انجام می‌شود. ترسیب کربن یا Carbon Sequestration به جذب کربن اضافی موجود در اتمسفر توسط گیاهان در راستای کاهش آثار گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی گفته می‌شود. مهندسی زیست‌شناسی با پیاده‌سازی سامانه‌های زیستی قابل‌پیش‌بینی وامن‌تر، نقش مهمی در پشتیبانی زندگی ساکنان زمین خواهد داشت. تامین موادغذایی موردنیاز ۱۰ میلیارد انسان، مقابله با تغییرات آب وهوایی و افزایش بهره‌برداری از انرژی خورشیدی و کاهش آلودگی محیط زیستی در گرو پیشرفت مهندسی زیست‌شناسی است. حتی پیشرفت در این زمینه برای کاوش‌های فضایی نیز نقش تعیین‌کننده دارد.

پیش بینی پیشرفت های بزرگ علمی دنیا در دهه پیش رو ۲۰۲۰ مهندسی زیستی
مهندسی زیستی

زیست‌شناسی رشد (Developmental Biology)

زیست‌شناسی رشد دانشی است که به بررسی فرایند رشد و تکامل جانداران می‌پردازد. درک علم بیوالکتریسیته (Bioelectricity)، بیومکانیک و مدارهای بیولوژیکی (Transcriptional Circuits) این فرصت را فراهم می‌کند که سلول‌های زنده در مقیاس بزرگ با یکدیگر همکاری کنند. همکاری سلول‌ها در مقیاس بزرگ کلید پیشرفت شاخه‌ی پزشکی ترمیمی (Regenerative Medicine)، کاهش بیماری‌های مادرزادی، بازبرنامه‌ریزی سلول‌های سرطانی و مقابله با پیری و حتی هوش مصنوعی نوین خواهد بود. هدف پزشکی ترمیمی، احیای بافت یا اندام آسیب دیده یا از دست رفته است. سلول‌درمانی و ژن‌درمانی از انواع پزشکی ترمیمی به شمار می‌آیند. بهره‌برداری از توانایی تصمیم‌گیری، هوش و حافظه‌ی مجموعه‌ی سلول‌های زنده به کاربردهای تحول‌آفرین منجر می‌شود. این کاربردها با همکاری شاخه‌ی زیست‌شناسی رشد، علم رایانه و علوم شناختی و سایبرنتیک (Cybernetics) محقق خواهند شد. سایبرنتیک درباره ارتباط انسان و ماشین بحث می‌کند.

۲) ربات‌های توانبخشی و درمانی (Therapeutic Robotics)

در دهه‌ی آینده، سامانه‌های رباتیکی توانبخشی دیگر تنها یک ربات نیستند بلکه سامانه‌های کنترلی آن‌ها در ابعاد مولکولی خواهد بود و همچون سیستم ایمنی بدن رفتار می‌کنند. در آینده نه چندان دور، مرز میان سامانه‌های زیستی و سامانه‌های مصنوعی کمرنگ‌تر خواهد شد.

تشخیص و درمان بیماری با الهام گرفتن از سامانه‌های زیستی

قابلیت اجرای آزمایش‌های بالینی انسانی در محیط کشت (in vitro) سبب می‌شود شبیه‌سازی پویای مولکلولی، غربالگری مدل‌ سلول‌های زنده و کاربرد یادگیری عمیق در حل مشکلات بالینی امکان‌پذیر شوند. “در محیط کشت” در زیست‌شناسی، به آزمایشهایی که به جای به کار بردن جانداران زنده، بخشی از بدن آن‌ها مانند یاخته‌هایشان یا بافت‌هایشان را در محیط آزمایشگاهی کشت می‌دهند گفته می‌شود. از برتریهای این روش، می‌توان انجام نشدن آزمایش‌های علمی بر بدن جانداران زنده و امکان تکرار آزمایش را نام برد.

تحویل دارو در بدن

نقش سلول‌های زنده به عنوان دارو و حامل دارو در دهه‌ی آینده بیش از پیش پر رنگ خواهد شد. بر خلاف داروهای گذشته، از توانایی سلول‌های زنده در حمل دارو به بافت‌های مشخص در بدن استفاده خواهد شد. از کاربردهای تحویل دارو توسط سلول‌ها می‌توان کنترل سیستم ایمنی بدن در درمان سرطان، بیماری‌های خودایمنی و حساسیت‌ها را برشمرد. در آینده، استراتژی‌های مبتنی بر سلول‌های سیستم ایمنی بدن و مداخله سیستم ایمنی در تحویل دارو تاثیر به سزایی خواهند داشت.

پیش بینی پیشرفت های بزرگ علمی دنیا در دهه پیش رو ۲۰۲۰ مهندسی زیستی

پزشکی شخصی و تشخیص بیماری

با توسعه‌ی پزشکی شخصی، ما به سوی درمان بر اساس نشانگرهای زیستی (biomarker) خواهیم رفت. با کمک نشانگرهای زیستی می‌توان آزمایش‌های هر شخص را با گذشته‌ی او مقایسه کرد و تنها به تشخیص بیماری بر اساس میانگین تغییرات بیولوژیکی جامعه آماری آن بیماری در میان افراد دیگر بسنده نکنیم. به‌طور کلی یک نشانگر زیستی پزشکی به هر چیزی که بتواند به عنوان شاخصی از یک بیماری خاص یا برخی از حالات فیزیکی یک موجود زنده استفاده گردد، گفته می‌شود.

پزشکی شخصی پیش بینی پیشرفت های علمی دنیا در ۲۰۲۰ مهندسی زیستی
مقایسه پزشکی کنونی و پزشکی شخصی در آینده

مواد دستکاری و مهار سیستم ایمنی (Immuno Materials)

مواد دستکاری سیستم ایمنی به پزشکان کمک خواهند کرد تا بر عملکرد و رفتار سلول‌های ایمنی تمرکز کنند. توانایی تنظیم عملکرد سلول‌های سیستم ایمنی و پراکنده کردن آن‌ها از یک نقطه موردنظر بدن از جمله چشم‌انداز این شاخه از پزشکی است. این مواد پس از انجام وظیفه‌ی خود و درمان حل شده و ازبین می‌روند. این مواد در بدن یک حافظه ایمنی ایجاد می‌کنند که پس از آن نیز از بازگشت بیماری جلوگیری به عمل می‌آید.


بیشتر بخوانیم :

>>نجات محیط زیست با کمک ربات ها ، میکروب ها و فناوری نانو
>>درمان سرطان خون و مقابله با HIV به کمک CRISPR
>>ساخت زیست ربات هایی که با بافت عصبی عضلانی حرکت میکنند


منبع : harvard

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *