ندا اظهری،  مترجم: توسعه فناوری در دنیا مستلزم تحقیق و توسعه‌ای است که باید پیش‌تر صورت گرفته باشد تا محقق با دید باز نسبت به تمام ابعاد یک مساله وارد عمل شود. حوزه فناوری نانو نیز از این امر مستثنی نیست و ایران سال‌هاست که به‌عنوان یک وزنه، در زمینه تحقیقات و ارائه مقالات در این حوزه در دنیا شناخته می‌شود. درواقع، این پژوهش‌های انجام‌شده که ماحصل آنها در قالب مقالات علمی در مجلات برتر دنیا منتشر می‌شوند، فضا را برای فعالیت پژوهشگران و فناوران آماده می‌کنند تا با آمادگی قدم در راه ابداع و تولید محصولات جدید بگذارند. به‌رغم اینکه ایران در حال حاضر جایگاه پنجم را در تعداد مقالات نانویی در دنیا از آن خود کرده اما به موازی آن، جایگاه درخوری در حوزه پتنت‌ها (ثبت اختراع) ندارد. محققان ایرانی با بنیه دانشی که در اختیار دارند، توانسته‌اند 8 ثبت اختراع چشمگیر را در رده‌های جهانی ثبت کنند که در ادامه خلاصه‌ای از این طرح‌ها را می‌خوانید. 

   کاهش 3 پله‌ای ایران در پتنت‌ها
 ایران تا انتهای سال 2023 درکل، 354 اختراع مرتبط با فناوری نانو را در دفاتر ثبت اختراع آمریکا و اروپا منتشر کرده است. تعداد کل پتنت‌های حوزه نانو ایران در سال 2023 تنها 8 پتنت بوده که نشان می‌دهد 0.13 پتنت نانو در ازای هر 100 مقاله نانو ثبت شده که سهمی حدود 17 درصد از کل پتنت‌های ثبت‌شده ایران در اداره ثبت پتنت آمریکا و اروپا را به خود اختصاص می‌دهد. براساس 8 پتنت ثبت‌شده ایران در زمینه نانو، رتبه 27 دنیا را در زمینه پتنت‌های نانویی از آن خود کرده که نسبت به رتبه 24 سال 2022، سه رده افت کرده است. تعداد پتنت‌های ثبت‌شده نانویی ایران هم در سال 2023 در مقایسه با آمار سال 2022 با 23 پتنت، کاهش 15 موردی پتنت را نشان می‌دهد. 

تزریق دارو به ‌روش الکترواستاتیک؛ جایگزینی برای شیمی‌درمانی

محمد عبدالاحد، دانشیار دانشکده فنی، مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران و مدیرعامل شرکت دانش‌بنیان نانوحسگر‌سازان سلامت آریاست که از جمع 8 پتنت ایرانی، 3 پتنت را به نام خود ثبت کرده است. یکی از این پتنت‌ها «تزریق دارو به ‌روش الکترواستاتیک» است. بارهای الکترواستاتیک مثبت خالص (PPECs) اثر مخربی بر تکثیر و متابولیسم سلول‌های سرطانی مهاجم بدون تاثیر بر بافت‌های طبیعی نشان می‌دهند. PPE‌ها برای تزریق داروهای حاوی نانوذرات پلیمری (DLN) که با پلی (لاکتید- کو- گلیکولاید) با بار منفی (PLGA) و پلی (وینیل الکل) PVA در محل رشد تومورهای سرطانی در بدن موش‌های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پچ حاوی دارو، در بالای پوست در ناحیه تومور بدن موش‌ها چسبیده شده و تزریق کنترل شده دارو با آزمایش‌های بیوشیمیایی، رادیولوژیکی و بافت‌شناسی روی هر دو مدل موش مبتلا به تومور سرطانی و کبد موش‌های معمولی مورد سنجش قرار می‌گیرد. داروهای حاوی نانوذرات پلیمری (DLN) سنتز شده با PLGA به دلیل بارهای منفی پایداری که دارند، جذابیت بالایی برای PPECها دارند که بلافاصله در خون تجزیه نمی‌شوند. انتشار دارو در کمتر از 48 ساعت از تزریق DLNهای سنتز شده، به ترتیب 10 و 50 درصد است. این ترکیبات می‌توانند داروی آماده تزریق را با کمک PPECها به محل رشد تومور رسانده و رهاسازی دارو را با تأخیر انجام دهد و درمان موضعی را با غلظت کمتر دارو انجام دهد که عوارض جانبی کمتری به جا می‌گذارد. 

اندازه‌گیری واکنش الکتروشیمیایی در  بافت زنده

محمد عبدالاحد، در پتنت دیگر در حوزه نانو که از الکترودهای نانویی استفاده کرده، به «اندازه‌گیری واکنش الکتروشیمیایی از یک آرایش سه الکترودی» می‌پردازد. این دستگاه، نمونه‌ای را برای اندازه‌گیری اکسیداسیون H2O2 در بافت زنده توصیف می‌کند. چنین دستگاه نمونه‌ای، از یک کاوشگر الکتروشیمیایی و یک محرک آنالایزر الکتروشیمیایی تشکیل شده است. یک کاوشگر الکتروشیمیایی شامل یک پروب الکتروشیمیایی متشکل از یک قسمت حسگر و یک دسته است. بخش حسگر از یک الکترود فعال، یک الکترود شمارنده و یک الکترود مرجع تشکیل شده است. الکترود فعال مجهز به سوزن رسانای زیست‌سازگار است که با لایه‌ای از نانولوله‌های کربنی چندجداره به صورت عمودی روکش شده است. الکترود شمارنده شامل یک سوزن رسانای زیست‌سازگار دوم است. الکترود مرجع نیز مجهز به سومین سوزن رسانای زیست‌سازگار است. محرک آنالایزر الکتروشیمیایی برای تولید مجموعه‌ای از جریان‌های الکتریکی در بخشی از بافت زنده پیکربندی شده است. محرک آنالایزر ممکن است در یک نمونه به‌گونه‌ای پیکربندی شود که با مجموعه‌ای از پتانسیل‌های الکتریکی در پروب الکتروشیمیایی، مجموعه‌ای از جریان‌های الکتریکی را در بخشی از بافت زنده ایجاد و مجموعه جریان‌های الکتریکی را با اندازه‌گیری جریان الکتریکی ثبت کند. یک نمونه محرک آنالایزر الکتروشیمیایی ممکن است شامل یک مدار پتانسیواستات باشد که از تقویت‌کننده کنترل، تقویت‌کننده ترانس امپدانس، مدار آشکارساز، شبکه فیدبک، مولد موج دوره‌ای و مدار مقایسه‌کننده تشکیل شده است. 

شیوه الکتروشیمیایی در تشخیص کووید- 19

محمد عبدالاحد، در پتنت دیگر در حوزه نانو به روشی برای تشخیص سریع‌تر ویروس کرونا پرداخته است. با توجه به اهمیتی که شناسایی زودهنگام ویروس کرونا برای جلوگیری از انتشار و سرایت آن داشت، این محقق ایرانی شیوه الکتروشیمیایی را در روند تشخیص ویروس کرونا به کار گرفته است. این روش شامل گرفتن نمونه خلط از یک فرد، اندازه‌گیری سطح ROS در نمونه خلط و در ادامه تشخیص وضعیت عفونت کووید-19 فرد براساس سطح اندازه‌گیری شده ROS است. اندازه‌گیری سطح ROS در نمونه خلط شامل ثبت یک الگوی ولتامتری چرخه‌ای (CV) از نمونه خلط و اندازه‌گیری حداکثری جریان از الگوی CV ثبت شده است. تشخیص وضعیت عفونت کووید-19 یک فرد شامل تشخیص عفونت کرونا در فردی است که در پیک فعلی بیماری مورد ارزیابی قرار گرفته و در محدوده اول بیش از 230 میکروآمپر است و تشخیص عدم آلودگی به کرونا فردی که به این اندازه‌گیری پاسخ می‌دهد. پیک جریان در محدوده دوم، کمتر از 190 میکروآمپر گزارش شده است. در پیاده‌سازی نمونه اگر پیک فعلی اندازه‌گیری‌شده در محدوده سوم پیک‌های فعلی بین 190 میکروآمپر تا 230 میکروآمپر باشد، تشخیص وضعیت عفونت کرونا ممکن است شامل تشخیص وضعیت مشکوک عفونت کرونا در فرد باشد که اغلب ماندن در قرنطینه در بازه زمانی بین یک تا چهار روز و تکرار مراحل روش فوق برای فرد توصیه می‌شود. 

تشخیص ویروس کرونا با سیستم رنگ‌سنجی در بزاق

حسن باقری، عضو هیأت‌علمی دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله و رئیس هیأت‌مدیره شرکت دانش‌بنیان «فرین بهبود تشخیص» پتنتی را با عنوان «سیستم رنگ‌سنجی برای تشخیص کووید- 19 با استفاده از متابولیت‌های بزاقی» ارائه کرده است. محققان برای تشخیص سریع‌تر ویروس کرونا که هنوز هم دامنگیر افراد می‌شود، یک آزمایش رنگ‌سنجی ساده و دقیق مبتنی‌بر بزاق را برای تشخیص کووید- 19 پیشنهاد داده‌اند. دانه‌های مغناطیسی اصلاح‌شده با دنباله‌ای از DNA تک‌رشته‌ای (ssDNA) مکمل ژن RNA ویروس کرونا ایجاد و برای جذب مغناطیسی و جداسازی از یک نمونه بزاق پیچیده استفاده شده است. این آزمایش به مراحل جداسازی RNA ویروسی، رونویسی یا تقویت نیاز ندارد و می‌تواند در دمای اتاق آن را انجام داد. تست رنگ‌سنجی، توانایی بسیار خوبی برای تمایز بین افراد سالم و بیماران مبتلا به کووید- 19 با حساسیت 92 درصد و صددرصدی دارد. این عملکرد مشابه عملکردی است که با استفاده از تکنیک استاندارد طلایی RT-PCR به دست آمده است. سنجش ژنومغناطیسی، فرصتی برای افزایش چشمگیر آزمایش جمعیت، کمک به کنترل شیوع ویروس است. توسعه روش‌های رنگ‌سنجی برای تشخیص بیماری‌ها، به‌ویژه در شرایط همه‌گیری روشی امیدوارکننده برای سرعت بخشیدن به فرآیند تشخیصی است که معمولا ساده، قابل‌حمل و مقرون‌به‌صرفه به‌نظر می‌رسد. در این آزمایش از نمونه بزاق فرد استفاده می‌شود که در مقایسه با روش استانداردی که وجود دارد، تمایز خوبی را بین افراد آلوده و غیرمبتلا نشان می‌دهد.

تشخیص ویروس کرونا با سیستم رنگ‌سنجی در بازدم

باقری به‌همراه همکارانش، در پتنت دیگری با عنوان «سیستم رنگ‌سنجی برای تشخیص کووید- 19 با استفاده از متابولیت‌های بازدم» به تشخیص زودهنگام ویروس کرونا پرداخته‌اند. در حال حاضر چند دسته آزمایش برای شناسایی ویروس کرونا مورداستفاده قرار گرفته و محققان درتلاشند یک روش تشخیصی سریع و دقیق برای آشکارسازی افراد آلوده با بار ویروسی کم باهدف اصلی مدیریت تشخیصی موثر بیابند. نظارت بر تغییرات متابولیک بدن به‌عنوان یک روش موثر و ارزان‌قیمت برای ارزیابی افراد مبتلا شناخته شده است. در این تحقیق، یک اسنایفر (برنامه یا ابزاری که برای استراق‌سمع ترافیک شبکه با گرفتن اطلاعات روی شبکه به کار می‌رود) نوری برای تشخیص متابولیت‌های بازدم بیماران مبتلا به کرونا، انسان‌های سالم و افراد درمان‌شده معرفی می‌شود که یک الگوی رنگی منحصربه‌فرد برای تمایز بین نمونه‌های موردمطالعه ارائه می‌دهد. این دستگاه اسنایفر روی یک ماسک صورت نازک قرار می‌گیرد که به‌طور مستقیم در معرض جریان بازدم شخص است. فعل‌وانفعالات بین ترکیبات فرار و اجزای حسگر مانند پورفیرازین ها، رنگ‌های آلی اصلاح‌شده، پورفیرین‌ها، مواد معدنی و نانوذرات طلا رخ می‌دهد که امکان تغییر رنگ را فراهم می‌کند، بنابراین به‌عنوان پاسخ‌های حسگر ردیابی می‌شود. دقت سنجش برای تمایز بین نمونه‌های فرد بیمار، فرد سالم و درمان‌شده بین 80 تا 84 درصد است و تغییرات رنگ حسگر با شدت بیماری و بار ویروسی که با روش rRT-PCR ارزیابی می‌شود، تغییر می‌کند.

روش سنتز نانوهیبرید برای مهندسی بافت استخوان

شاداب باقری، استادیار دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ دانشگاه امیرکبیر است که روش جدیدی را برای سهولت مهندسی بافت استخوان ابداع کرده است. مهندسی بافت استخوان به رویکردی اشاره دارد که از داربست برای سلول‌های اولیه استفاده می‌شود و فاکتورهای رشد را در محل دارای نقص استخوانی برای ترویج بازسازی استخوان ترکیب می‌کند. داربست‌های مورداستفاده برای مهندسی بافت استخوانی ممکن است با ایجاد محیطی برای چسبندگی سلولی، ارائه حمایت ساختاری، تقویت تحرک سلولی، تمایز و تکثیر سلول‌ها و تقلید از فعالیت عملکردی بازسازی طبیعی استخوان و ترمیم استخوان را تقویت کنند. در میان مواد زیستی مختلفی که برای مهندسی بافت استخوان به کار می‌رود، هیدروژل‌های تزریقی به‌عنوان مواد زیستی قابل‌کاشت بدون‌نیاز به جراحی استفاده می‌شوند. هیدروژل‌ها نوعی داربست پلیمری‌اند که عمدتا از زنجیره‌های برتر در مقایسه با مواد زیستی توسعه‌یافته فعلی‌اند. محققان در این روش برای مهندسی بافت استخوان و سنتز یک نانوهیبرید شامل تشکیل محلول پلیمری از حل کردن کربوکسی متیل‌کیتوزان و ژلاتین در بافر اتان‌سولونیک اسید و تشکیل اولین محلول با افزودن «تریکتروکسیلان» به یک محلول پلیمری و تشکیل محلول دوم با افزودن محلول تترا اتیل ارتوسیلیکات هیدرولیزشده با اسید (TEOS) به محلول اول، تشکیل محلول سوم با افزودن محلول کلرید کلسیم به محلول دوم، تشکیل محلول چهارم با مخلوط کردن محلول سوم استفاده کرده‌اند. مواد زیستی تزریقی ممکن است نیاز به تزریق پیش‌سازهای مایع ازجمله محلول‌های پلیمری و عوامل اتصال عرضی داشته باشند که قادر به اتصال عرضی زنجیره‌های پلیمری به محل ایمپلنتند.

تشخیص سلول‌های سرطانی با کنترل تغییرات واکنش‌های نوری

یاسر عبدی، استاد گروه فیزیک دانشگاه تهران پتنتی را تحت‌عنوان «تشخیص سلول‌های سرطانی با کنترل تغییرات واکنش‌های نوری گرافن/ سیلیکون» ابداع کرده است. سرطان به یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های مراقبت‌های بهداشتی جهان تبدیل ‌شده است. طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی، سرطان در حال حاضر دومین عامل مرگ‌ومیر در جهان به‌شمار می‌رود. گلیوما، یک اصطلاح کلی برای تومورهای اولیه مغز به‌شمار می‌رود که شایع‌ترین تومور سیستم عصبی مرکزی است. با توجه به تأثیر چشمگیری که فناوری نانو بر توسعه حسگرهای زیستی مختلف براساس دستگاه‌های حالت جامد و نانوساختارهای موجود ایجاد کرده، نانوساختارهای کربنی شامل نانولوله‌های کربنی، گرافن، اکسید گرافن و... به‌عنوان سکوهای سنجش برای مواد بیولوژیکی مختلف به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اینجا سیستمی برای تشخیص سلول‌های سرطانی کشف شده است. این سیستم شامل یک حسگر زیستی متشکل از «اتصال شاتکی گرافین»، به‌عنوان منبع نوری قرار گرفته در بالای حسگر زیستی و یک واحد پردازشی متصل به محرک- آنالایزر الکتریکی و منبع نور است که نوعی واحد پردازش برای یک روش پیکربندی‌شده به‌نظر می‌رسد. این روش شامل تولید مجموعه‌ای از جریان‌های نوری در یک سیستم معکوس است که از «اتصال شاتکی گرافین» با یک نمونه قرار داده‌شده روی آن با استفاده از محرک آنالایزر الکتریکی و تشخیص وجود سلول‌های سرطانی در نمونه واکنش تشخیص تغییر در مجموعه اندازه‌گیری شده جریان‌های نوری تولیدشده از طریق سیستم معکوس واکنش می‌دهند.

پپتیدهایی برای هدف قرار دادن سلول‌ها

این پتنت با همکاری و مشارکت مرتضی کریمی‌پور و الهام ریسمانی از محققان انستیتو پاستور، پپتیدهایی تولید کرده‌اند که با هدف قرار دادن سلول‌های سرطانی موفق شده‌اند احتمال بروز تومورهای سرطانی را کاهش دهند. سرطان کولورکتال یکی از بیماری‌های شایع و متنوع ازنظر عوامل بیماری‌زایی است که در آن تنظیم نادرست مسیرهای مولکولی مختلف ممکن است عامل مهمی در فنوتیپ‌های مختلف این سرطان درنظر گرفته می‌شود. یکی از رایج‌ترین مسیرهای مولکولی درگیر در سرطان‌های مختلف ازجمله روده بزرگ، معده و ریه، مسیر سیگنال دهی Wnt است که در حدود 85 درصد سرطان‌های روده بزرگ، حدود 70 درصد سرطان‌های عودکننده روده بزرگ و بیش از 50 درصد از سرطان‌های سینه و حدود 25 درصد از سرطان‌های ملانومای پوست بسیار فعال است. مطالعات ژنتیکی و بیوشیمیایی نشان داده‌اند پروتئین 6 مرتبط با گیرنده لیپوپروتئین با چگالی کم (LRP6) یک عنصر ضروری در مسیر ارسال سیگنال Wnt است و بیان بیش‌ازحد آن در سلول‌های بدخیم باعث ایجاد تومورهای سرطانی می‌شود. یک سراتیوپپتیداز کوتاه یا اصلاح‌شده از این پروتئین ممکن است دارای توالی اسیدآمینه شامل اسیدآمینه 1 تا 344 و اسیدآمینه 1 تا 380 باشد. محققان، یک روش نمونه را برای هدف قرار دادن سلول‌های بیان بیش‌ازحد LRP6 را بررسی کرده‌اند. در یک نمونه، ممکن است تجویز مقدار موثری از یک ترکیب نمونه به بیمار موردنظر باشد یا حتی ممکن است با یکی از روش‌های هایپرتراپی مغناطیسی، درمان فتودینامیک و فوتوترمال درمانی، سلول‌های بیان بیش‌ازحد LRP6 را از بین ببرند.