سایت ویستاژن در این مقاله به توضیح بیوسنسورهای زیستی یا حسگرهای زیستی پرداخته است.

حسگر زیستی یا Biosensor چیست؟

بیوسنسور ها به گروهی از حسگرها اطلاق می شود که طراحیشان به صورتی است که توان واکنش با یک ماده خاص را دارند و در نهایت پیام هایی را ایجاد می کنند که ریزپردازنده ها توان تجزیه و تحلیل آن ها را دارند. این حسگرها تنوع زیادی دارند ولی همه ی آن ها ساز و کاری یکسان دارند.

در بدن انسان حسگرهای زیستی متنوعی بصورت طبیعی وجود دارد، مثل حواس بویایی و چشایی و سیستم ایمنی انسان که به ترتیب به شناسایی بو، طعم و مولکول های متنوع مشغول هستند.

حسگر زیستی در اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و اتحادیه بین‌المللی شیمی محض (IUPAC)، به مجموعه ابزارهایی گفته می شود که با استفاده از واکنش‌های بیوشیمیایی خاص به آشکار سازی بافت‌ها، سلول‌ها یا هر عنصر شیمیایی ماده مورد نظر معمولاً به صورت الکتریکی، اُپتیکی، یا گرمایی می پردازد و تمام این کار ها با کمک آنزیم های ایزوله اتفاق می افتد.

کاربرد حسگرهای زیستی معمولاً برای آگاهی از غلظت محلولی مثلا گلوکز خون و بررسی دی‌ان‌ای( DNA) است. با آگاهی از DNA  می توانیم نقص های ژنتیکی یا ابتلاء به سرطان ها را در بدو تولد تشخیص دهیم .

نحوه ی عمل در این روش به این صورت است که طیف DNA  با طیف DNA دارای نقص در ترتیب که در نهایت باعث بروز سرطان می‌شود، می‌توان از ابتلاء به سرطان یا سایر بیماری های ژنتیکی اطلاع یافت.

دریافتگرهای زیستی قابل استفاده در حسگر های زیستی گی توانند جنس و انواع مختلفی داشته باشند. این دریافتگر ها می توانند  آنزیم، پادتن، گیرنده‌های سلولی اسیدهای نوکلئیک DNA یا  RNA  میکروارگانیسم یا سلول کامل، بافت و گیرنده‌های سنتتیک باشند.

حسگرهای زیستی سیستم ایمنی بدن که بر پایه آنتی بادی هستند، حسگرهای ایمنی نام دارند.

حسگر پذیرنده زمانی بوجود می آید که بین عنصر حسگر و آنالیت اتصال رخ دهد. حسگر متابولیسمی زمانی بوجود می آید که در اثر واکنشی که بین عنصر زیستی و آنالیت رخ می دهد،یک تغییر شیمیایی حاصل شود و باید اندازه گیری غلظت یکی از بستر ها یا محصولات را انجام دهیم.

گاهی ممکن است در اثر واکنشی که بین عنصر زیستی و آنالیت رخ می دهد،تغییر شیمیایی رخ ندهد و به کمک تبدیل بستر کمکی بتوانیم سیگنال تولید کنیم که در این حالت به آن حسگر زیستی،حسگر کاتالیتی می گوییم.

حسگرهای زیستی در دسته ی ابزار های تجزیه ای قرار می گیرند و از ۳ بخش اساسی تشکیل شده اند

۱.عنصر زیستی (جزئی که وظیفه ی تشخیص یون ها و مولکول های مورد نظر را دارد)

۲.مبدل (Transducer)

۳.سیستم قرائت (Read out System)

شاید سوال پیش بیاید که عضو زیستی در کجا قرار دارد؟ این بخش با استفاده از روش های متنوع بر روی مبدل ،تثبیت (Immobilize) شده است، که این عضو زیستی دارای گزینش پذیری بالایی در برهم کنش های زیستی و همچین در آشکارسازی آنالیت است .

در اثر تطابق ساختار جایگاه فعال آنزیم (Active site) با ساختار فضایی پیش‌ماده ،آنزیم فقط می تواند پیش ماده اختصاصی خود را قبول کند و واکنش مورد نظر را فقط بر روی پیش ماده اختصاصی خود اعمال کند.این ها ارتباط خاص بین گیرنده و لیگاند در سیستم های زیستی است که بین پیش ماده و آنزیم برقرار است.

اساس کار در این حسگر ها به این صورت است که  مبدل فیزیکی وظیفه دارد تا  پدیده شناسایی را بصورت یک اثر قابل اندازه گیری یا حرکت مکانیکی تبدیل می کند، مثال این اثر قابل اندازه گیری می تواند نشر نور،سیگنال الکتریکی و … باشد، که در پایان سیستم قرائت آن ها را اندازه گیری می کند.

عضو زیستی ای که اغلب در این حسگرها استفاده می شوند آنتی بادی ها،آنزیم ها، اندامک ها، گیرنده ها و اسیدهای نوکلئیک هستند.وظیفه این ذرات زیستی اینگونه است که با آنالیت های اتصال ویژه داشته باشند موردنظر و امکان تجزیه کمی و همچنین کیفی آن را بوجود آورند.

سنسورهای زیستی پوشیدنی برای پوست در حال ساخت است که قادرند آنچه در عرق شماست تشخیص دهند.هدف از انجام این کار کنار گذاشتن روش هایی مانند خون گرفتن است.روش پردازش در این حسگر بصورت “roll-to-roll” است .

برای بررسی این حسگر،آن را در افرادی که ورزش می کردند و افرادی که به لحاظ شیمیایی تحریک شده بودند، استفاده کردند تا میزان تعریق، الکترولیت‌ها و متابولیت‌هایی که در عرقشان موجود بود را ببرسی کنند.

به گفته ی دکتر علی جاوه‌ای، استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا: ترکیبات عرق رمزگشاست.

این سنسورهای پوشیدنی به منظور جذب عرق پوست به  یک لوله میکروسکوپی مارپیچ یا میکروفلوئیدیک مجهز هستند.

با ارزیابی سرعت عبور عرق از این لوله،سنسور ها توان گزارش میزان و سرعت تعریق فرد را دارند.

این لوله ها همچنین سنسورهای شیمیایی دارند که قابلیت تشخیص تراکم الکرولیت هایی مثل پتاسیم،سدیم را دارند.علاوه بر الکترولیت ها،متابولیت ها نیز برای این سنسور ها قابل تشخیص هستند مثل گلوکز.

محققان با قرار دادن حسگرهای عرق بر روی نقاط مختلفی مثل پیشانی، ساعد، زیر بغل و بالای کمر افراد توانستند میزان تعریق و سدیم و پتاسیم موجود در عرق افراد را  اندازه‌گیری کنند و به این نتیجه رسیدند این سنسورهای پوشیدنی

می توانند مثل یک هشدار در زمان هایی که فرد خود را تحت فشار قرار می دهد،عمل کند.

با استفاده از این وسیله می توان تغییرات را در هر نقطه بدن و در هر لحظه متوجه شد.

اما در طی تحقیقات متوجه شدند میزان گلوکز موجود در عرق با خون یکسان نبوده و این روش نمی تواند جایگزین مناسبی برای بررسی میزان قند خون فرد باشد‌.

نگهداری نوزادان زودرس در بخش مراقبت‌های ویژه  در حالی که تعداد زیادی کابل،سنسور،تجهیزات پزشکی و دستگاه های متنوع به منظور بررسی علائم حیاتی به نوزاد متصل است،تا حدودی نادرست است.چون به گفته ی دانشمندان اتصال پوستی نوزاد با مادر باعث بهبود بخشی به قلب نوزاد و پایداری تنفس و کاهش استرس او می شود.

محققان دانشگاه North western بیوسنسور های زیستی ای را طراحی کردند که مشابه برچسب است.  این بیوسنسور ها بدون هیچ گونه آسیب از پوست نوزاد جدا می شوند. قرار گیری این بیوسنسور ها بر روی قفسه سینه برای به منظور اندازه گیری ضربان قلب و دیکر نقلط بدن به منظور اندازه گیری دما و فشار و همچنین اندازه گیرب اکسیژن موجود در خون کودکان کاربرد دارد.ارتباط این بیوسنسور ها به دستگاه های نمایشگر بصورت بی سیم است و همچنین این بیوسنسور ها همانند دستگاه ECG روی قفسه سینه هستند و ضربانات و نمودار تغییرات را نشان می دهند.این بیوسنسور ها همانند تلفن همراه شارژ می شوند.

گردآورنده : سرکار خانم زینب خوشنود

vistagene       vistagene

سایت ویستاژن در این مقاله به توضیح روش کشت سلولی پرداخته است.در صورت داشت سوال در این رابطه یا تجربه کاری ،آن را در در سایت ثبت کنید.

کشت سلول چیست؟

 فرآیندی که در آن سلول ها در شرایط خاص و کنترل شده‌ای؛ در بیرون از محیط بدن  پرورش و رشد داده شوند، کشت سلول گفته می‌شود.

 به زبان ساده تر می توان گفت کشت سلولی به فرآیندی گفته می شود که سلول های  یوکاریوتی در یک محیط کشت استریل شده ، کشت داده می شود که هر سلول محیط کشت مخصوص خود را نیاز دارد. بطور مثال محیط کشت مصنوعی باید دارای مواد مغذی مثل ویتامین ها، مواد معدنی، قندها،آمینواسیدها، هورومون ها و گازها(CO_۲)، و (O_۲)، باشد. دراین محیط کشت ها باید شرایط فیزیکی و شیمیایی نیز تنظیم شود.

 انوعی از سلول ها می توانند به صورت شناور در محیط کشت رشد و نمو کنند اما برخی برای رشد نیاز به یک سطح دارند تا بتوانندبه آن متصل شوند. 

تاریخچه کشت سلولی

اولین بار در سال 1907 سوالی برای یک پزشک (اریسون) پیش آمد و با خود گفت: آیا من میتوانم که شرایط آزمایشگاه را طوری تنظیم کنم که یک سلول بتواند دراین شرایط زنده بماند…

و برای اینکار بافت مغزی قورباغه رادر مورد بررسی قرار داد و داخل ظرف کشت  همراه با مواد تغذیه ای گذاشت (علاوه بر بافتی که درون محیط قرار داد ،محیط کشت نیز اضافه کرد،) محیط کشتی که آن موقع استفاده کرد ،عصاره جنینی بود. جنین جوجه را گرفت و سانتریفیوژ کرد و روسوباتش ته نشین شد و محصول را به عنوان سرم برای کشت بافت مغزی استفاده کرد و بعداز مدتی دید که سلولها می توانند در یک محیط آزمایشگاهی کشت پیدا کنند و دراین شرایط بمانند و در نتیجه توانست سلولها را برای بار اول در محیط آزمایشگاه کشت بدهد و کشت سلول را بناکند،این ساده ترین حالت کارکردن بود.

 در سال 1970 انواع محیط های کشت معرفی شد، در اوایل دهه 70 برای کشت سلولی ازسرم های گاوی ( FBS) استفاده می کردند ولی مشخص شد هرسلولی در هرمحیطی نمی تواند رشد یابد و اکنون استفاده ازاین سرم به حداقل رسیده است.

به مرور زمان روش کشت سلولی پیشرفت کرد و محیط های کشت به سمت اختصاصی شدن پیش رفت و بعداز آن آرام آرام محیط های کشت کاملا اختصاصی طراحی شد، یعنی یک نوع محیط کشت فقط برای یک نوع سلول خاص است و عمومی نیست و این سبب شد که محیط های اولیه از حالت پایه ای به سمت پیشرفته و کامل پیش برود.

محیط کشت EMEM

دانشمندی بنام (ایگلز) برای اولین بار محیط پایه ای درست کرد که به آن FBS اضافه کرد که این محیط میتواند اکثر سلول ها را رشد دهد که به این محیط به اصلاح ایگلز مینیمم اسنشیال مدیوم (محیط ضروری پایه ای یا اولیه ایگلز) یا کمترین حالت می گویند.

محیط کشت DMEM

 دانشمند دیگری با این تفکر که می توان این محیط کشت حداقل را با قند و نمک مخلوط  کرده تا محیط بهینه تر شود که بتوان راحت تر از این محیط برای اکثر سلول ها استفاده کرد، یک محیطی آماده کرد تحت عنوان DMEM ؛ که برگرفته از محیط EMEM است، فقط تغییراتی دارد یعنی محیط کشت حداقلی که تغییراتی در غلظت موادش ایجاد شده است.

حفظ و نگهداری سلول‌ها در محیط کشت

بیشتر سلول‌ها بعداز رشد و تکثیر تا حد خاصی، با وجود حفظ ثبات سلولی؛ تحت فرایند پیری قرار گرفته و تقسیم سلولی در آن‌ها متوقف می‌شود. سلول‌ها در یک انکوباتور سلولی با دما و مخلوط گازی مناسب (به‌طور معمول دمای ۳۷ درجه و %۵ co2 برای سلول‌های حیوانی) کشت داده می‌شوند. شرایط کشت برای هر نوع سلول متفاوت است.

محیط های کشت می‌توانند از  نظر غلظت گلوکز، pH، فاکتورهای رشد و دیگر مواد مغذی با یکدیگر متفاوت باشد. اغلب محیط‌های کشت حاوی فاکتورهای رشدی مانند سرم خون حیواناتی همچون سرم جنین گاوی (FBS)،سرم اسب، سرم گوساله گاوی یا سرم بز هستند.

شرایط شروع کار کشت سلولی

 وقتی می خواهیم کشت سلولی انجام دهیم یا محیط کشتی درست کنیم ملزم می باشیم در مکانی آزمایشات خود را پیش ببریم که تجهیزات آزمایشگاهی وجود داشته باشد یا به تجهیزات کشت سلول مجهز باشد که اعم از: هود، ترازو،آنکوباکتور (هود کنار آنکوباکتور نباشد) و شرایط استاندارد و…  که  باید شرایط و ویژگی های خاصی را دارا باشد،یا مثلا قرار گرفتن آزمایشگاه کشت سلول در مکان پرتردد کاملا غلط می باشد.باید از آزمایشگاهی استفاده کرد که بتوان هرچند مدت یک بار آنجا را ضدعفونی کرد. درب ازمایشگاه باید همیشه بسته باشد و  سطح دیواره های آزمایشگاه باید  صاف و صیقلی باشد و با رنگ روشنی رنگ شده و ضد آب باشد تا بتوان به راحتی و سهولت آن را استریل و تمیز نمود.

در فرآیند کشت سلول باید محیط یا آزمایشگاه کاملا استریل و ضدعفونی شده باشد و بهتراست درون اتاقی یا آزمایشگاهی که این فرآیند انجام میشود تهویه هوا وجود داشته باشد و درنزدیکی آزمایشگاه کشت سلول نباید بافت اولیه حیوانی کشت شود. برای عملکرد بهتر رشد و پرورش سلول ها باید به روش ها و دستورالعمل های کار در اتاق کشت سلولی دقت شود. در فرصت های زمانی مناسب باید فیلترهای هود لامینار را چک و در صورت لزوم تعویض کرد و قبل و بعداز انجام کار باید حتما تمام سطوح هود با الکل تمیز شود. آب آنکوباتور باید به صورت ماهانه با استفاده از الکل 70% استریل شود. برای انجام دادن آزمایش کشت سلول باید از ظروفی استفاده کرد که یکبار مصرف باشد مثلا ظروف پلی استایرن (باید به این نکته دقت داشت که از ظروفی استفاده شود که فضای مناسب و کافی برای رشد سلول ها در اختیار سلول بگذارد) همانطور که قبلا گفته شد می توان از وسایل یا تجهیزات آزمایشگاهی که در کشت سلول وجود دارد استفاده کرد مثل فلاسک ها یا پلیت های مجهز که سلول های ایزوله شده، بافت ها یا اندام ها یا سلول هایشان می توان در ظروف پلاستیکی یا شیشه ای (فلاسک) با درجه حرارت تنظیم شده در انکوباتور نگهداری کرد.

گردآورنده: سرکار خانم پریناز زارع 

vistagene vistagene ویستاژن ویستازن کشت سلول کشت سلولی کشت سلول