رونمایی از کرونایاب ایرانی با فناوری نانو

به گزارش «فرهیختگان»، اوایـــــل مــــاه آگــــوست بـــود که «فایننشال‌تریبون» به‌طور رسمی اعلام کرد که صندوق ملی نوآوری ایران حدود 140 میلیارد ریال معادل 875 هزار دلار در شرکت‌‌های نانوفناوری سرمایه‌گذاری کرده است تا به این واسطه تولیدات داخلی سلامت و محافظ را برای محافظت در برابر ویروس کرونا تولید کنند. ‌بخش اعظم قرارداد‌های منعقدشده برای تولید ماسک‌‌های N95 و N99 برای کادر درمان و پزشکی بوده است. ‌بخشی از این قرارداد‌ها و سرمایه‌گذاری‌‌ها هم صرف تولید ماشین‌آلات و تجهیزات لازم برای تولید ماسک‌‌های تنفسی بوده‌ است. علاوه‌براین مبلغ، در ماه مارس هم اعلام شده بود که حدود 50 تریلیون ریال معادل 303 میلیون دلار وام به‌منظور بهبود عملکرد به شرکت‌‌های دانش‌بنیان اعطا شده است. اینها شاید تنها گوشه‌‌هایی از اقدامات حوزه‌‌های فناوری ایران در ماه‌‌های اخیر باشد که با بحران کرونا روبه‌رو بود.

فناوری نانوی ایران امروز در پله سوم دنیا ایستاده و هر روز پرافتخارتر از دیروز روبه‌جلو حرکت می‌کند. یکی از موفقیت‌‌های نانویی ایران که در این روز‌های کرونایی می‌تواند به کمک تشخیص زودهنگام ویروس کووید-19 بیاید، دستگاه RDSS تولید محمد عبدالاحد، دانش‌آموخته دکتری نانوالکترونیک و دانشیار دانشکده فنی دانشگاه تهران است. او سال‌‌ها در زمینه تشخیص و درمان سرطان فعالیت می‌کند و تاکنون صاحب 24 ثبت اختراع در آمریکاست و مقالاتی از او در ژورنال‌‌های معتبر جهانی مانند Nature communication منتشر شده است. چهار نمونه از تولیدات ایشان هم برای اولین‌بار در سطح جهانی مطرح شده‌ است. طرح‌‌های او جزء کار‌های خلاقانه و جدید در سطح جهان است که یکی از این کارها، دستگاه کمک‌تشخیصی در جراحی سرطان سینه بود که به‌خاطر آن موفق به دریافت جایزه مصطفی شد. روز گذشته، در مراسمی با حضور سعید سرکار، دبیر ستاد نانو و محمد عبدالاحد محقق و استاد دانشگاه تهران، از نخستین دستگاه RDSS تشخیص کرونا در جهان رونمایی شد.

  همه مجوز‌ها و تاییدیه‌‌ها را گرفته‌ایم

در ابتدا سرکار، دبیر ستاد نانو درباره چگونگی شکل‌گیری ایده ساخت این دستگاه و عملکرد آن توضیح مختصری داد و گفت: «عبدالاحد در اواسط اسفند و در اوایل بحران کرونا در ایران بود که‌ ایده اولیه ساخت دستگاه تشخیص کرونا را مطرح کرد. با توجه به قابلیت‌‌های ایشان و اعتمادی که به ایشان داشتم، کار را پذیرفتم و او به تحقیق و مطالعه پرداخت. اوایل اردیبهشت بود که نتایج تست‌‌های آزمایشگاهی این دستگاه مثبت اعلام شد. پس از آن، تست‌‌های بالینی آغاز شد و پس از کسب مجوز‌های لازم، تست‌‌های کلینیکی را با همکاری یک گروه تخصصی متشکل از متخصصانICU، ویروس‌شناسی، رادیولوژی و عفونی مرتبط با کووید-19 در بیمارستان‌‌های مختلف انجام دادند تا نتیجه مطلوب تشخیصی را به دست آورند. تمام این متخصصان، به‌صورت مکتوب قابلیت این دستگاه را تایید کرده‌اند. پس از آن هم فرآیند کسب تاییدیه از اداره‌کل تجهیزات پزشکی شدیم.» سرکار ادامه داد: «در طول این فرآیند، عبدالاحد مقاله‌ای را درباره قابلیت‌‌های این دستگاه منتشر کرد که مورد داوری بهترین داوران جهانی قرار گرفت و چون کرونا، موضوع داغ دنیاست، این مقاله با سرعت بسیار زیادی مسیر داوری را طی کرد و پس از رفع ابهامات از سوی آنها، مقاله به‌سرعت منتشر شد. درواقع، این دستگاه از نظر علمی و تکنولوژیک، مورد داوری جهانی هم قرار گرفته و این مقاله در ژورنال «بایوسنسورز و بایوالکترونیک» به چاپ رسیده است.»
 
  دستگاه کرونایاب چگونه عمل می‌کند؟

دبیر ستاد نانو در جلسه رونمایی از نخستین دستگاه تشخیص سریع کرونا در جهان که محصولی کاملا ایرانی و ساخته‌شده از تجهیزات داخل است، درباره عملکرد این دستگاه گفت: «وقتی فرد مبتلا به ویروس کرونا می‌شود، ویروس وارد سلول‌‌های ریه شده و پس از جاگیری در سلول ریه، ماد‌ه‌ای به نام ROS ترشح می‌کند. این ماده در گلوی شخص مبتلا ظاهر می‌شود و با گرفتن خلط یا ترشحات انتهای گلوی فرد و مخلوط کردن آن با یک سی‌سی آب مقطر داخل یک لوله، می‌توان آن را آزمایش کرد. در این قسمت مهم‌ترین کار دستگاه انجام می‌گیرد، به‌طوری‌که نانوسنسور‌های تعبیه‌شده در سرپروپ دستگاه، قادر خواهد بود در کمتر از 30 ثانیه، وجود ROS را در نمونه گرفته‌شده تشخیص دهد. این سرپروپ مجهز به سه سوزن است که با توجه به پوشش نانوساختاری‌ای که دارند، نقش نانوسنسور‌ها را ایفا می‌کنند.» سرکار در تشریح بیشتر این فرآیند تشخیصی افزود: «درواقع با این دستگاه ما ویروس کرونا را تشخیص نمی‌دهیم بلکه می‌توانیم ROS را انتهای گلوی فرد مبتلا تشخیص دهیم که یک محصول جانبی وجود ویروس در سلول است.» او تاکید می‌کند که ROS در چند بیماری شامل کووید-19، آسم و سل ترشح می‌شود.

  تشخیص ROS در 99 درصد کروناست

سرکار درباره نقش تشخیصی دستگاه در کووید-19 گفت: «با بررسی‌‌های انجام‌شده روی دستگاه، ابهامی وجود داشت مبنی‌بر اینکه چگونه متوجه شویم تشخیص ROS با این دستگاه نشانه ابتلای فرد به کروناست و نشانه آسم یا سل نیست. در بررسی‌‌ها مشخص شد کمتر از یک درصد بیمارانی که در شرایط همه‌گیری با التهاب ریه به بیمارستان مراجعه می‌کنند، غیرکرونا بوده‌ و درحقیقت، وجود ROS در ترشحات گلوی افراد با این دستگاه در چنین شرایطی، در بیش از 99 درصد موارد بیانگر وجود کروناست. به‌عبارتی، این دستگاه، دستگاه تشخیص ROS است اما کسی که ROS در انتهای گلویش شناسایی شد، به احتمال 99درصد مبتلا به کروناست.»

سرکار معتقد است که دستگاه RDSS سه فاز تشخیصی دارد: «اول اینکه نتیجه آزمایش فرد منفی باشد. دوم اینکه نتیجه آزمایش فرد مشکوک است و فرد باید خود را از دیگران جدا کرده و نکات ایمنی را رعایت کند. یا سوم اینکه نتیجه تست مثبت شده و فرد باید مورد بررسی‌‌های بیشتر قرار گیرد که درصورت ابتلا، فرآیند‌های درمانی آغاز می‌شود. اما مهم‌تر از همه، شناسایی افراد مبتلا به کرونا و بدون علامت است. این دستگاه در شناسایی این افراد بدون علامت می‌تواند بسیار موثر عمل کند، به‌طوری‏که تا حد زیادی می‌تواند مانع از سرایت کرونا به دیگران و گسترش این ویروس شود.»

  قابلیت منحصربه‌فرد دستگاه تمام‌ایرانی

دبیر ستاد نانو در ادامه با بیان قابلیت خاص این دستگاه در مقایسه با دیگر دستگاه‌‌های تشخیص ویروس کرونا به این نکته اشاره می‌کند که دستگاه‌‌هایی که درحال‌حاضر به تشخیص ویروس کرونا می‌پردازند، علاوه‌بر اینکه دقت بالایی ندارند و درصد خطا در آنها بالاست، زمان تشخیص بالایی (حداقل 48 ساعت) دارند و همین امر باعث می‌شود فردی که ممکن است مبتلا به کرونا باشد، چند روزی بدون مراقبت در جامعه ر‌ها شود. اما این دستگاه ویژگی منحصربه‌فردی دارد، به‌طوری‏که قادر است در کمتر از 30 ثانیه نتیجه را اعلام کند. علاوه‌بر این، هزینه تست و تشخیص کرونا با دستگاه RDSS حدودا نصف هزینه تست با دستگاه RTPCR است؛ و البته باید توجه داشته باشید که این دستگاه جدید که تمام تجهیزات آن ساخت ایران است، پرتابل بوده و در مکان‌‌هایی چون محل برگزاری اجتماعات، رستوران‌‌ها و فرودگاه‌‌ها قابلیت استفاده دارد، به‌طوری‏که در مدت زمان بسیار کمی می‌توانند تعداد زیادی را مورد آزمایش و غربالگری قرار دهند.»

  ROS  چرا تا این اندازه اهمیت دارد؟

محمد عبدالاحد، دانشیار دانشگاه تهران و سازنده تنها دستگاه تشخیص سریع کرونا در جهان درباره دستگاه RDSS  ساخته‌شده می‌گوید: «این دستگاه از دو منظر حائز اهمیت است؛ یکی اهمیت تشخیص اکسیژن فعال یا همان  ROS، تحلیل‌هایی که در بیماران کرونایی انجام دادیم و دقت دستگاه که ما روی بیماران مبتلا به کرونا تست کردیم و بحث دیگر، موضوع عام شامل غربالگری و اهمیت ROS به‌عنوان یک سیستم شناساگر مستقل در دوره پاندمی کرونا برای هر فردی است که مراجعه می‌کند.» به گفته او، PCR به‌عنوان یک روش شناخته‌شده جهانی که مورد تایید سازمان بهداشت جهانی است، در دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد و با دقت نسبتا خوبی، حضور ویروس را در نمونه سواب بیمار تشخیص می‌دهد.

او در ادامه می‌گوید: «اهمیت سیستم ROS در اینجا خودش را نشان می‌دهد که وقتی ویروس وارد سلول‌های دستگاه‌های تنفسی شد، در سه مرحله سلول تنفسی را بیمار می‌گیرد. در مرحله اول که ویروس شروع به تقسیم و تکثیر می‌کند، نقشه ژنتیکی خود را به سلول ریوی دیکته کرده و درنتیجه سوخت‌وساز سلول‌ها برای ازدیاد ویروس بالا می‌رود. این فرآیند منجربه تولید اکسیژن فعال یا  ROS می‌شود که یک ROS درون‌سلولی است. تا زمانی که این ROS درون‌سلولی به حد اشباع خود نرسد، ROS  از درون به بیرون سلول نفوذ نمی‌کند، اما اگر از حد اشباع خود خارج شود، به‌سمت بیرون سلول ریوی نفوذ می‌کند. بنابراین، آلودگی اکسیژن‌های فعال در فضای محیط تنفسی تا حدی وجود خواهد داشت. بدن همچنین مجهز به سیستم‌های دفاعی درون‌سلولی است که وقتی متوجه می‌شود سلول ریوی دچار متابولیسم غیرطبیعی تحت‌تاثیر عامل ویروس قرار گرفته، به‌عنوان عامل التهاب‌زا وارد عمل می‌شود، بنابراین برای ازبین بردن این متابولیسم، اکسیژن فعال سمی تولید می‌کند تا ویروس‌ها را از بین ببرد. در مرحله دوم هم یک افزایش اکسیژن فعال داریم که وقتی با افزایش اکسیژن فعال در مرحله اول هم‌افزایی می‌کنند، مقداری از این اکسیژن فعال به محیط ریه نفوذ می‌کند.»

  تخریب سلول‌های ریه ماحصل فعالیت سیستم ایمنی

عبدالاحد تاکید می‌کند: «معمولا ریه سیستمی است که تمایلی به دخالت دادن سیستم ایمنی مرکزی ندارد و به همین دلیل است که التهاب‌هایی که در ناحیه ریه اتفاق می‌افتد، خطرناک هستند، چراکه ریه به‌تنهایی تمایل به برطرف کردن مشکل ایجادشده دارد. با واردعمل شدن سیستم ایمنی مرکزی برای برطرف کردن التهاب ریه، فعالیت ریه دچار اختلال می‌شود و فرد دچار کم اکسیژنی یا هایپوکسی شده و بقیه ارگان‌ها هم دچار مشکل می‌شوند.»

او در ادامه تاکید می‌کند: «متاسفانه ویروس کووید-19 آنزیم‌هایی ترشح می‌کند که سیستم ایمنی مرکزی وارد عمل شود. اگر سیستم دفاعی درون‌سلولی در این مرحله موفق به برطرف کردن التهاب ریه نشود، سلول ریوی پاره شده و علاوه بر آزاد شدن ویروس، برخی آنزیم‌ها و ROSهای تولیدشده هم همزمان خارج می‌شوند و فرد با افزایش سطح ROS مواجه می‌شود و همچنین آنزیم‌های آزادشده هم سیستم ایمنی مرکزی را فعال می‌کنند و نتیجه آن بروز توفان سایتوکاینی است. سایتوکاین‌ها، آنزیم‌های هشداردهنده التهاب عفونت درون بدن هستند که با فعال شدن، شروع به ترشح می‌کنند. با ترشح این آنزیم‌ها، سلول‌های ایمنی فعال شده و با افزوده شدن فعالیت ویروس کووید-19 و ترشح آنزیم‌های هشداردهنده، حجم بالایی از سلول‌های ایمنی وارد ریه شده و کلونی‌هایی را تشکیل می‌دهند تا ویروس را از بین ببرند، به‌طوری‌که اکسیژن فعال سمی تولید می‌کنند. این اکسیژن‌های فعال علاوه بر اینکه ویروس‌ها را از بین می‌برند، سلول‌های ریه و بافت اپیتلیوم را هم از بین می‌برند که ماحصل آن، تصاویر اسکن ریه‌ای است که در بیماران حاد کرونایی به‌دست می‌آید و درواقع در این تصاویر، لاشه سلول‌های ایمنی، ویروس و سلول‌های اپیتلیوم ریه هستند که به‌خاطر برهم کنش شدید به‌وجود آمده است.»

او در ادامه می‌افزاید: «میزان ROS که ویروس sars-cov-2 ایجاد می‌کند، به علت اینکه تقسیم آن 70 برابر میزان ROS معمولی است، حتما ROS بیشتری هم ایجاد می‌کند. در زمینه بیماری‌های دیگری چون سل و آسم در دوران پاندمی، مورد قطعی شناسایی‌شده با این دستگاه نداشته‌ایم، اما میزان ROS تولیدشده در ویروس sars-cov-2 بیشتر از ROS تولیدشده در بیماری‌های آسم و سل است، بنابراین در مقایسه این سه بیماری بررسی‌شده با این دستگاه، میزان ROS بیشتری درنتیجه ابتلای فرد به کرونا دیده می‌شود. اما نکته اینجاست که این اتفاق در مدت‌زمان کوتاهی رخ می‌دهد، به‌طوری‌که در فرد مبتلا به آسم مدت‌زمان بیشتری نیاز است تا میزان ROS افزایش یابد، اما برای کسانی که به ویروس sars-cov-2 مبتلا شده‌اند، در مدت‌زمان کوتاهی میزان ROS بالا می‌رود و واکنش سیستم ایمنی افزایش می‌یابد.»

  انطباق مقالات دنیا با نتایج عملکرد دستگاه

دانشیار دانشگاه تهران می‌گوید: «ما به‌عنوان جامعه آماری مطالعاتی خود، بیماران کرونایی بستری در بیمارستان‌ها را مورد مطالعه قرار دادیم. بسیاری از این افراد PCR مثبت نبودند، اما با قضاوت پزشک و آزمایش‌های تکمیلی‌تر، به‌عنوان بیمار کرونایی در بیمارستان بستری شده بودند. حدود 250 تا 300 بیمار بستری‌شده در بیمارستان‌های امام‌خمینی(ره)، لقمان، امام‌حسین(ع)، بخش‌هایICU و پرستاران را تست کردیم و اختلاف معنی‌داری بین سطح ROS بیمارانی که از نظر پزشک مبتلا به کرونا هستند و بیمارانی که از نظر پزشک قطعا کرونا ندارند، دیده می‌شود. این اختلاف به این شکل بود که هرچه سطح ROS بالاتر باشد، احتمال اینکه فرد مبتلا به کرونا باشد، بیشتر است و حتما باید برای درمان به پزشک مراجعه کند. فرضیه دیگری ازسوی پزشکان مطرح شد که ممکن است حتی آنفلوآنزای فصلی هم باعث ایجاد ROS در بیماران شود. ما با بررسی‌های مقالات متعدد به این نتیجه رسیدیم که خود آنفلوآنزای فصلی سرکوبگر ROS  است و نمی‌توان بالا بودن این نشانگر را دلیلی بر آنفلوآنزای فصلی دانست. از سویی، حتی اکسیژن‌تراپی که درمورد بیماران کرونایی انجام می‌شود، طی دو مکانیسم بیولوژی، سلول‌های ایمنی تولیدکننده ROS سرکوب می‌شود و همین مساله هم به بهبودی بیمار کمک می‌کند و با ورود اکسیژن به سلول‌های ریه، مکانیسم ریه هم بهبود می‌یابد و اکسیژن‌رسانی خون بیشتر می‌شود.»عبدالاحد درباره اهمیت ROS می‌گوید: «از فروردین تا خرداد، مقالات متعددی در دنیا منتشر شد مبنی‌بر اینکه اگر ROS بیمار در بیماری کروناویروس دچار عدم کنترل شود، میزان کنترل بیماری و مرگ در اثر کروناویروس، ارتباط مهمی با میزان بیان و عدم بیان ROS دارد. درواقع، نقش تشخیص ROS بیشتر از یک تشخیص کمکی صرف است و حتی می‌تواند نقش تشخیص همراه با درمان داشته باشد.» به‌عبارتی، به گفته او، اگر بتوان با توجه به بالا و پایین بودن میزان ROS، بیماری را تشخیص داد، می‌توان بیماری را به‌خوبی مدیریت کرد. درحال حاضر، ROS  هم بهترین شناساگر برای یک سیستم کمک‌تشخیصی است و هم از آن طریق می‌توانیم شدت بیماری را تشخیص دهیم. از این‌رو، در دوره پاندمی کرونا، امکان تشخیص بیماری عفونی ریوی اهمیت بالایی دارد و تشخیص ROS بالا جدا از کرونا، می‌تواند بیماری‌های عفونی ریه را نشان دهد، چراکه می‌تواند مقاومت بدن را دربرابر کرونا هم کاهش دهد، بنابراین اهمیت بالایی در حفظ سلامت افراد دارد.

 * نویسنده: ندا اظهری، روزنامه نگار