حمایت بنیاد ملی علم از ساخت تراشه جداکننده اسپرم جهت درمان ناباروری
به گزارش با فناوری، بنیاد ملی علم ایران طی فراخوانی از ساخت تراشه ریزسیال جداکننده اسپرم های دارای قابلیت باروری برای استفاده در درمان زوج های نابارور بر پایه طراحی ویژه میکروسیال و پوشش دهی اسید هیالورونیک حمایت می کند.
به گزارش با فناوری به نقل از ایسنا، به نقل از معاونت علمی ریاست جمهوری، این فراخوان چهارمین فراخوان برنامه پشتیبانی از پژوهش عمیق شرکتهای دانش بنیان است که در جهت مأموریت گراشدن پژوهشها و پشتیبانی از طرح های پژوهشی که به فناوری های روز دنیا می پردازد و می تواند باری از دوش صنعتگران کشور بردارد، اجرا می شود.
نرخ بالای شیوع ناباروری در زوج های ایرانی که با میزان حدود ۲۰.۳ درصد (چهار میلیون زوج نابارور در کشور) که بالاتر از نرخ میانگین جهانی است، لزوم عرضه راهکارهای مؤثر در رفع این مشکلات را دوچندان کرده است. پیشبینی می شود که سالانه حدود ۸۸ هزار زوج هم به آمار ناباروری اضافه شود. برپایه این آمار، نقش و دلایل مردانه درصد بیشتری را شامل می شود. روش های معمول برای جداسازی اسپرم زمان بر بوده و کارآمدی پایینی دارند.
سیستم های میکروفلوئیدیک به علت خصوصیت هایی که سلول اسپرم در میکروکانال ها از خود نشان می دهند، می توانند برای جداسازی اسپرم، مناسب باشند. این خصوصیت های اسپرم در میکروکانال ها سبب شده تا انتخاب اسپرم با سیستم های میکروفلوئیدیک بسیار شبیه به شرایط درون تنی باشد. هدف از این فراخوان، طراحی و تولید کیت جداسازی اسپرم با استفاده از سیستم میکروفلوئیدیک و پوشش دهی اسید هیالورونیک روی آن است. روشی قابل رقابت و ارزانقیمت برای ارتقای کیفی جداسازی اسپرم که سبب افزایش تمایل مراکز درمان ناباروری به خرید این نوع محصول شود که در نتیجه، منجر به کارآمدی بیشتر باروری در زوج های نابارور خواهد شد.
هم اکنون، درصد قابل توجهی از زوج های گوناگونی که به دنبال والد شدن هستند، به علت مشکلات کیفی شدید اسپرم از مشکل ناباروری رنج می برند. انتخاب اسپرم سالم بدون ایجاد هرگونه اختلال در DNA در بیماران دارای مشکل ناباروری مردان از اهمیت زیادی در موفقیت لقاح حاصله برخوردار می باشد.
در سالهای اخیر ظهور تکنولوژی تراشه ریزسیالی با عنایت به امکان افزایش کارایی و احتیاج به میزان پایین تر نمونه، امیدهای فراوانی را جهت رفع مشکلات یاد شده فراروی پژوهشگران و درمان گران حیطه ناباروری قرار داده است.
ازاین رو، کلینیک های ناباروری و شرکتهای مختلف حوزه ناباروری در دنیا به دنبال ساخت و معرفی تراشه های ریزسیال کارآمد برای جداسازی اسپرم های متحرک و دارای خواص مورفولوژیکی کاملا طبیعی از نمونه فرآوری نشده هستند تا بدون احتیاج به سانتریفیوژ یا حجم بالای نمونه بتوان تعداد بالاتری از اسپرم های بارورکننده را جدا کرد.
در مطالعات مختلف و پلیت های جداسازی اسپرم در دنیا از اسید هیالورونیک برای جداسازی اسپرم فعال استفاده شده و عملکرد این ماده در جداسازی اسپرم فعال اثبات شده است. طرح حاضر در نظر دارد با ترکیب تکنولوژی میکروفلوئیدیک و پوشش دهی آن با هیالورونیک اسید در راه رفع مشکلات ناباروری گام بردارد.
در روشهای فنی درمان ناباروری در ارتباط با مشکلات اسپرم جهت بارورسازی تخمک، یک تکنیک بهینه، جدا کردن و آماده سازی اسپرم برای دستیابی به نرخ لقاح بالاتر و به دست آوردن جنین باکیفیت بالا است. تا به امروز، متداول ترین روش های مورد استفاده در کلینیک ها، سانتریفیوژ با شیب دانسیته است.
فرایند یافتن و جداسازی اسپرم در بافت انسانی با استفاده از این روش های رایج، امری زمان بر بوده و توانایی جنین شناس را برای شناسایی اسپرم کاهش داده و او را به لحاظ ذهنی و جسمی ضعیف می کند. اغلب در مراکز درمانی، متخصصان نمونه ها را در مایعی در ظرف کشت سلولی رها می کنند و سپس زیر یک میکروسکوپ، محتوای مایع را جستجو می کنند و در آن به دنبال اسپرم فعال می شوند.
این مسأله می تواند حتی باعث آلودگی نمونه ها شده و بیمار، شانس کمتری برای بچه دار شدن داشته باشد و هرچقدر این فرایند بیشتر زمان ببرد، احتمال زنده ماندن اسپرم هم کمتر می شود. بعلاوه استفاده از سانتریفیوژ، امکان دارد بر کیفیت اسپرم و DNA آن تاثیر منفی گذاشته و حتی بعد از لقاح در رشد اولیه جنین، لانه گزینی و حفظ باروری اثر معکوس بگذارد. همینطور استفاده از پوشش دهی اسید هیالورونیک بر روی میکروپلیت های مورد استفاده در فرآیند جداسازی باآنکه در اتصال اسپرم های بارورساز بیشتر کمک کرده است، ولی به علت احتیاج به بهره گیری از میکروسکوپ و نیروی کاری ماهر، روش های متداول مورد استفاده، هنوز از زمان به نسبت زیاد لازم برای جدا کردن اسپرم های متحرک و مناسب رنج می برند. ازاین رو لزوم تولید ابزاری که شناسایی سریع اسپرم در نمونه ها را تضمین کند نه تنها شانس یک زوج را برای بچه دار شدن بیولوژیک بالا می برد، بلکه سبب کاستن استرس روی اسپرم و افزایش کارایی در لابراتوار می شود.
با ترکیب کردن تکنولوژی نوظهور تراشه های ریزسیال (میکروفلوئیدیک)، استفاده از بافرهای سازگارتر شرایط بدنی برای جداسازی اسپرم و پوشش دهی با میزان پایین تر هیالورونیک اسید -که در واقع از شبیه سازی شرایط طبیعی الهام گرفته و از فرآیند طبیعی لقاح است- تخمک ها و اسپرم ها را میتوان در چندین حفره جداگانه قرار داده و حتی اسپرم های دارای تحرک بالاتر را در جریان بافری با دبی بالاتر از دبی جریان اسپرم جداسازی کرده و لقاح را در شرایط سریع تر و بهینه تری انجام داد. با این وجود، ضروری است برای ارزیابی اولیه قبل از تولید تراشه جداساز، با استفاده از علم میکروسیالات و شبیه سازی سه بعدی، نحوه عملکرد تراشه طراحی شده طی روشی غیرفعال، در مورد توانایی آن در جداسازی اسپرم های متحرک بر پایه دو خصوصیت ذاتی رئوتاکسی و نفوذ اسپرم صورت گیرد.
برای این منظور، اهداف اصلی این طرح عبارت است از طراحی اولیه تراشه به منظور دارابودن حداکثر کارایی و تعیین نفوذ ذرات اسپرم متحرک در جریان بافری؛ شبیه سازی عددی جداسازی سلول های اسپرم متحرک در تراشه های طراحی شده و انتخاب بهترین آن ها؛ بهینه سازی طراحی بر پایه نتایج شبیه سازی و ساخت تراشه جداکننده اسپرم؛ پوشش دهی و میکرودات کردن کف کانال جداساز اسپرم در تراشه با مشخص کردن دما و شرایط نگهداری دیش حاوی مولکول AH، انجام آزمایش جهت بررسی اسپرم های متصل شده از لحاظ مورفولوژی و ساختار کروماتین و تأیید مولکولی HA که توانایی انتخاب اسپرم مناسب را دارد.
هدف اصلی انجام این طرح، بیوسیمیلار و در عین حال بر پایه بومی سازی تکنولوژی، کاهش محدودیت های مورد اشاره با عرضه محصولی کاملا ملی و کاهش قیمت تولیدی محصول در عین در دسترس بودن برای کلیه مراکز درمانی در خلال زمان است. علاوه بر این، با وجود برتری نسبت به روش های قبلی، مطالعات بالینی محدودی در مورد استفاده از روش انتخاب اسپرم توسط تراشه میکروفلوئیدی و اثرات آن بر کیفیت جنین و نرخ لقاح انجام شده است که احتیاج به بررسی بیشتر دارد. بعلاوه اطلاعات کافی در مورد اثرات روشهای فنی آماده سازی مایع منی، بخصوص به روش ریزسیال (میکروفلوئیدیک)، بر روی کیفیت اسپرم های جداشده انجام نشده است که تحقیق حاضر بنا دارد به بررسی بیان ژن PLCZ1 و TNP1 پرداخته و پاسخ به این سوال را هم بیابد.
چالش های نیاز فناورانه
طراحی تراشه میکروفلوئیدیک شامل تعداد کانال ها؛ طول و قطر کانال ها؛ شیب کانال ها؛ شبیه سازی دینامیکی جریان مایع؛ توان جداسازی مؤثر اسپرم های فعال و بارورساز؛ نحوه کوتینگ لایه HA و بررسی تعداد لایه مورد نیاز؛ ساخت بافر جداکننده و نگهدارنده اسپرم در شرایطی کاملا مشابه بدن.
گام های تحقیقاتی و الزامات طرح
گامهای تحقیقاتی اصلی طرح پیشنهادی حاضر شامل موارد زیر است:
* بررسی اولیه مدلهای عرضه شده خارجی: این مرحله، شامل بررسی دقیق خصوصیت های نمونه های خارجی موجود در بازار جهت تولید بیوسیمیلار و ارتقای کیفی در ارزیابی اسپرم و لقاح و کاهش قیمت تولیدی است.
* آزمایش و ارزیابی طی شبیه سازی کامپیوتر ای: قبل از ساخت تراشه ها، شبیه سازی سه بعدی کامپیوتری به منظور پیشبینی و ارزیابی اولیه عملکرد تراشه ها صورت خواهد گرفت.
* طراحی و ساخت تراشه: برپایه اطلاعات به دست آمده، طرح اولیه برای تراشه میکروفلوئیدیک داده شده و با استفاده از فرآیندهای مهندسی معکوس ساخته شده و نوآوری هایی جهت ارتقای کیفی محصول اضافه می شود.
* پوشش دهی کانال های تراشه با اسید هیالورونیک: با عنایت به ریزبودن اندازه کانال های ریزتراشه، ست آپ پوشش دهی یکنواخت کانال جداسازی همچون اهداف اصلی طرح حاضر خواهد بود.
* آزمایش و ارزیابی تراشه: بعد از ساخت تراشه، آزمایش های لازم برای ارزیابی عملکرد آن در ارزیابی اسپرم و لقاح صورت می گیرد. این امکان دارد شامل تست با نمونه های اسپرم واقعی یا مصنوعی باشد.
* بهبود و تکرار: بر مبنای نتایج به دست آمده از آزمایش های اولیه در قسمت تحقیق و توسعه، تغییرات و بهبودهای لازم در طراحی تراشه اعمال می شود. این فرایند به صورت تکراری ادامه خواهد یافت تا یک تراشه ریزسیال کارآمد و قابل اعتماد برای ارزیابی اسپرم و لقاح توسعه یابد.
* عرضه طرح امکان تولید صنعتی با قیمت رقابت پذیر: بعد از آنکه یک طرح نهایی تأیید شد، فرایند تولید انبوه تراشه ها شروع می شود. این مرحله امکان دارد شامل توسعه روش های تولید و دستگاههای لازم جهت عرضه در سطح صنعتی باشد. دریافت فیدبک کیفی عرضه شده و رفع ایرادات احتمالی از بازار برای محصولات تولیدی اولیه و رفع ایرادات پیشنهادی عرضه می شوند. این مرحله، شامل توسعه استراتژی های بازاریابی و فروش، عرضه پشتیبانی به مشتریان و دریافت بازخورد برای بهبود محصولات آتی است.
خروجی نهایی طرح، عرضه نمونه اولیه، ثبت اختراع، تولید دانش فنی تراشه ریزسیال جداسازی اسپرم جهت مصارف کلینیکی خواهد بود.
محصول جهت انتخاب اسپرم مناسب در تزریق داخل سیتوپلاسمی در افراد ناباروری که به مراکز ناباروری رجوع می کنند و درمان ناباروری آنها از روش تزریق داخل سیتوپلاسمی تشخیص داده می شود، به کار گرفته خواهد شد که در مدت زمان کمتر و با کارایی بالاتر و قیمت پایین تر بتواند پارامترهای اسپرم، شاخص تکه تکه شدن DNA (DFI )، بیان PLCZ1 و mRNAهای پروتئین های TNP1 در اسپرم های انتخاب شده را سنجیده و مناسبترین اسپرم را از نظر شکل، تحرک و ژنتیک جهت بارورسازی زوج های نابارور در مراکز ناباروری عرضه نماید.
دستیابی به تکنولوژی نحوه پوشش دهی مولکول هیالورونیک اسید در ریزکانال های تراشه های ریزسیال به صورت یکنواخت هم جهت مصارف تحقیقاتی و مهندسی بافت از دیگر خروجی های طرح است. برای اطمینان از پوشش دهی مناسب اسید هیالورونیک بر روی سطح یک تراشه و دستیابی به شرایط نگهداری مناسب جهت مصارف کلینیکی ضروری است با استفاده از روش های زیر بهترین عملکرد و شرایط انبارداری و عرضه محصول نهایی را تعیین کرد:
* روش های فیزیکی: میتوان از روش های فیزیکی مانند میکروسکوپ الکترونی یا طیف سنجی جهت بررسی خصوصیت های سطحی و ضخامت پوشش بهره برد.
* روش های شیمیایی: روش های شیمیایی مانند طیف سنجی فروسرخ یا طیف سنجی رامان می توانند اطلاعات مفیدی در مورد ساختار شیمیایی پوشش عرضه کنند.
* آزمون های عملکردی اتصال به اسپرم: آزمون های عملکردی مانند آزمون های جذب یا آزمون های سلولی می توانند نشان دهند که پوشش به درستی کار می کند یا خیر و مدت زمان و بهترین شرایط نگهداری آنچه خواهد بود.
* مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال های داخلی و خارجی، عرضه مقاله در کنفرانس ها و سمینارها با هماهنگی و دریافت نظر کارفرما بلامانع است.
* مالکیت منافع مادی: با عنایت به مدل کسب و کار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری، قابلیت اشتراک بین متقاضی و مجری را با هماهنگی و دریافت نظر موافق کارفرما دارا است. ضروری است مدل پیشنهادی در پروپوزال ارسالی عرضه شود.
نحوه پذیرش رقابتی است و از بین پروپوزال های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود.
* کلیه افراد حائز شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۲۰ دی فرصت دارند پروپوزال خویش را از راه سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.
* پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر دو میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تامین گردد.
بنا بر اعلام معاونت علمی ریاست جمهوری، علاقه مندان در صورت هرگونه سوال می توانند با کارگروه دانش بنیان با ایمیل m.amini@insf.org یا شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۲۱ تماس بگیرند.
منبع: با فناوری
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب