تصور کنید هر خانه‌ای یک سامانه شناسایی زودهنگام سرطان داشته باشد. جاشوا اسمیت پژوهشگری است که در حال توسعه سامانه هشدار سرطان مبتنی بر فناوری نانو است. این سامانه علایم بیماری را با کمک نشانگر‌های زیستی خاصی به نام exosomes بررسی می‌کند. او در سخنرانی TED توضیح می‌دهد که چگونه می‌توان تحول بزرگی در تشخیص زودهنگام سرطان ایجاد کرد و زندگی تعداد زیادی از انسا‌ن‌ها را نجات داد. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

تلفیق مهندسی و زیست‌شناسی

همسر جاشوا اسمیت مبتلا به سرطان بود و همین به او انگیزه داد که درباره تشخیص زودهنگام سرطان به پژوهش بپردازد. او به عنوان یک دانشمند و سرپرست گروه در برنامه فناوری نانو شرکت IBM همکاری می‌کند و درباره فناوری‌های پزشکی نوآورانه که مهندسی و زیست‌شناسی را در کنار یکدیگر قرار می‌دهد به پژوهش می‌پردازد تا مراحل پیشرفت بیماری بهتر درک شود. گروه جاشوا اسمیت اخیرا یک روش مبتنی بر تراشه توسعه داده‌اند که به سرعت نشانگرهای زیستی را غربال می‌کند تا تشخیص سرطان را حتی پیش از بروز علایم بیماری امکان‌پذیر کند.

بیومارکر یا نشانگر زیستی عموماً به یک شاخص قابل سنجش از برخی حالت‌ها و شرایط بیولوژیک یا زیستی اشاره دارد. بیومارکرها اغلب در بررسی فرایندهای طبیعی زیستی یا پاسخ دارویی به یک درمان ویژه ارزیابی می‌شوند. وجود یک بیومارکر در بدن ممکن است نشان‌دهنده یک بیماری خاص باشد.

تشخیص زودهنگام سرطان کلید اصلی درمان

«تو سرطان داری» متاسفانه، حدود ۴۰ درصد از ما این کلمات را در طول زندگیمان خواهیم شنید و نصف این افراد زنده نخواهند ماند. این بدان معناست که از هر ۵ نفر، ۲ نفر با علایم وجود سرطان شناسایی می‌شوند و یکی از آن دو نفرخواهد مرد. فراتر از مشکلات جسمانی، یک سوم از افرادی که در ایالات متحده از سرطان نجات یافته‌اند، به خاطر هزینه‌های درمان دچار مشکل مالی خواهند شد. این بیماری‌ها بسیار شایع هستند. از لحاظ عاطفی ناتوان‌کننده و برای بسیاری از لحاظ مالی مخرب است.

با این حال ابتلا به سرطان به معنای مردن نیست. تشخیص سرطان در مراحل نخست یکی از پارامترهای قطعی بهبود درمان است. این پارامتر تاثیر عاطفی و فشارهای مالی را کاهش خواهد داد. تشخیص زودهنگام سرطان یکی از اهداف پژوهش‌های جاشوا اسمیت است. تشخیص زودهنگام تا حد زیادی شانس بقا را افزایش می‌دهد. در تصویر مشاهده می‌کنید برای کسانی که از همان مرحله نخست سرطان پستان را تشخیص و درمان کرده‌اند، نرخ نجات یافتن در طول مدت ۵ سال صد درصد است. درحالی که اگر درمان را از مرحله چهارم پیشرفت بیماری آغاز کنند شانس زنده‌ ماندن به ۲۲ درصد کاهش می‌یابد. برای سرطان روده بزرگ و تخمدان وضعیت مشابهی را می‌توان یافت.

ابزار غیرتهاجمی و سریع غربالگری سرطان

مشکل اینجاست که بسیاری از ابزارهای تشخیص سرطان، تهاجمی و پرهزینه و بی‌دقت هستند. برای برخی از انواع سرطان‌ها همچون سرطان تخمدان، کبد یا پانکراس، روش‌های خوب غربالگری وجود ندارند. به این معنا که برخی مردم صبر می‌کنند تا علایم فیزیکی سطحی پدیدار شوند که یعنی پیشرفت سرطان آن‌ها به مرحله اخر رسیده است و شانس شما برای بقا تا حد زیادی کاهش پیدا می‌کند.

داشتن امکانات و دسترسی به گزینه‌های غربالگری منظم که مقرون به صرفه و غیرتهاجمی باشند و قادر باشند نتایج را خیلی سریع‌تر فراهم کنند، ما را به یک سلاح قوی برای مبارزه با سرطان مجهز خواهد کرد. تشخیص زودهنگام به ما اجازه خواهد داد، بیماری‌ها را شکست دهیم. جاشوا اسمیت به مدت سه سال، به مطالعه فناوری‌هایی که در نهایت می‌تواند به پزشکان بالینی برای تشخیص سریع و زود هنگام سرطان کمک کند پرداخت.

برخلاف انواع سرطان‌های دیگر، ماموگرافی راهکاری برای غربالگری زودهنگام سرطان پستان ارائه می‌دهد. با این حال هنوز بسیاری از افراد از این غرباگری استفاده نمی‌کنند. چالش اصلی برای محققان سرطان فراهم‌کردن روش‌هایی است که بتوانند برای انواع سرطان‌ها، غربالگری‌های معین در دسترس باشد. تصور کنید در طول معاینه‌های دوره‌ای خود، پزشک می‌تواند از شما نمونه بگیرد برای مثال آزمایش ادرار و بدون نیاز به جراحی نتیجه آزمایش را مشخص کند.

گروه پژوهشی اسمیت، متشکل از مهندسان و متخصصان زیست‌ شیمی دقیقا بر روی این مشکل تمرکز دارند. آن‌ها بر روی روش‌هایی برای تشخیص زودهنگام سرطان کار می کنند. غربالگری‌های منظم، از زمانی که فرد در سلامتی است آغاز خواهد خواهد شد تا در مراحل نخست، سرطان را قبل از این‌که پیشرفت کند متوقف کنند.

اگزوزوم‌ها : پیام‌رسانان ارزشمند

اگزوزوم‌ها (exosomes) نشانگرهای زیستی مهمی هستند که سامانه هشدار اولیه تسخیص سرطان را فراهم می‌کنند. آن‌ها آزادانه در تقریبا هر مایعی از بدن شامل خون، ادرار، بزاق وجود دارند و برای آزمایش‌های بیوپسی مایع مناسبند.

مشکلی که وجود دارد این است که یک سامانه خودکار که به سرعت، نشانگرهای زیستی را از مواد دیگر جدا کند در دسترس نیست. اسمیت فناوری موسوم به را nano-DLD ساخته است که قابلیت دقیق جداسازی خودکار اگزوزوم‌ها برای دستیابی به تشخیص سریع سرطان را دارد. اگزوزوم‌ها جدیدترین سلاح هشدار زودهنگام سرطان هستند. قطر آن‌ها در حد ۳۰ تا ۱۵۰ نانومتر اندازه‌گیری شده‌ است. این اندازه بسیار کوچک است.

سلول‌ها با تولید و جذب اگزوزوم‌ها با یکدیگر در ارتباط هستند. اگزوزوم‌ها شامل گیرنده‌های سطحی و پروتیین و دیگر مواد ژنتیکی هستند. هنگامی که آن‌ها توسط سلول همسایه جذب می‌شوند محتوای خود را در سلول دریافت‌کننده رها می‌کنند و می‌توانند تغییرات اساسی در بیان ژن ایجاد کنند. آن‌ها به مواد سلول مادر دسترسی دارند و در واقع نمونه‌ای از محیط هستند و اطلاعات ژنتیکی از سلامتی سلول را فراهم می‌کنند. بنابراین اگزوزوم‌ها را می‌توان پیام‌رسانان ارزشمندی دانست که به پزشکان در سلامتی سلول‌ها کمک می‌کنند. پیگیری این مواد و غربالگری منظم برای مهار زودهنگام سرطان بسیار مهم است.

هنوز هیچ سامانه خودکار جداسازی اگزوزوم برای دردسترس بودن غربالگری‌های منظم مقرون‌به‌صرفه وجود ندارد. استاندارد فعلی برای جداسازی اگزوزوم‌ها شامل اولتراسانتریفیوژ (ultracentrifugation) است، فرآیندی که نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی گران قیمت و متخصص آموزش‌دیده و حدود ۳۰ ساعت زمان دارد. آن‌ها به دنبال رویکرد متفاوتی بودند که به جداسازی خودکار اگزوزوم از یک نمونه همچون ادرار دست یابند. اسمیت از یک روش جداسازی جریان ادامه دار مبتنی بر تراشه به نام deterministic lateral displacement استفاده کردند. و ابعاد این فناوری را از مقیاس میکرو به مقیاس نانو کوچکتر کرده‌اند.

این سامانه چگونه کار می کند؟

به طور خلاصه، مجموعه‌ای از ستون‌ها که با فاصله‌های خالی در حد مقیاس نانو به طریقی منظم شده‌اند که مایع را به جریان‌هایی تقسیم می‌کند. نانوذرات بزرگتر مربوط به سرطان از طریق فرآیند جهت‌دهی مجدد از ذرات کوچکتر سالم جداسازی می‌شوند. شما می‌توانید این فرآیند جداسازی را شبیه حرکت ماشین ها که در بزرگراه‌ها به دو جاده تقسیم می‌شوند تجسم کنید. ذرات بر حسب اندازه و محتویات به طور موثر جدا می‌شوند.

ایده فرآیند جداسازی برای غربالگری که توسط اسمیت مطرح شد برای ادرار، خون ، بزاق در چند سال آینده امکان پذیر خواهد بود. در نهایت، این فناوری برای جداسازی و تشخیص اگزوزوم‌هایی که متناظر با انواع سرطان‌های خاص هستند استفاده خواهد شد. به طور کلی توانایی جداسازی و غنی‌کردن این نشانگرهای زیستی با دقت نانو به صورت خودکار، فرصت را برای درک بهتر بیماری‌هایی مثل سرطان فراهم می‌کند.

در زمینه فناوری‌های تشخیص سرطان بیشتر بخوانید:
>>فناوری تشخیص سرطان پوست با هوش مصنوعی

منبع: TED

بازنشر این نوشتار تنها با ذکر لینک منبع و نام «مجله‌ی فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی» امکان پذیر است.