مراسلة قناة MIR 24 أولغا كليمكينا تتحدث عن آخر التطورات الطبية الروسية. نحن نتحدث عن شريحة حيوية خاصة تسمح بتشخيص السرطان في وقت قياسي. يجب أن تتم الموافقة على النظام من قبل Roszdrav، وبعد ذلك ستبدأ التجارب السريرية.
طور علماء روس رقاقة حيوية خاصة ستمكن من تشخيص السرطان في وقت قياسي. يجب أن يتم تشجيع النظام من قبل Roszdrav، وبعد ذلك ستبدأ التجارب السريرية. تم تقييم الطريقة الجديدة من قبل مراسلة قناة MIR 24 التلفزيونية أولغا كليمكينا.
عامين من البحث والتجربة والخطأ. والنتيجة في مختبر مركز بلوخين للأورام. هذا ما تبدو عليه الرقاقة الحيوية، وهذا ما يبدو عليه وسيط النقل والمغذيات. يتم إحضار ماسح ضوئي خاص لهم. كل ذلك معًا مركب واحد يمكن أن يساعد في هزيمة السرطان. بالنسبة لمارينا سافوستيكوفا، أحد مؤلفي التطوير، فإن هذا ليس صراعًا احترافيًا فحسب، بل صراعًا شخصيًا أيضًا. لقد نجت هي نفسها من المرض الرهيب مرتين. إنها تعرف: النتيجة تعتمد على التشخيص في الوقت المناسب.
"يمكننا أن نقول: يا إلهي، أنت مصاب بسرطان غدي. ولديك سرطان غدي في الرئة. وأوضح دكتوراه، رئيس مختبر المركز الروسي لأبحاث السرطان التابع لمؤسسة ميزانية الدولة الفيدرالية: "أو، دعنا نقول، زميل، أنت بحاجة إلى استبعاد سرطان القولون والمستقيم". ن.ن. بلوخينا مارينا سافوستيكوفا.
عمل العلماء في موسكو في مركز بلوخين للأورام ومعهد علم الأحياء الدقيقة وعلم الأوبئة وفي نيجني نوفغورود في الأكاديمية الطبية على تسهيل تحديد التشخيص. ونتيجة لذلك، قاموا بإنشاء شريحة حيوية - لوحة تحتوي على 15 خلية. يحتوي كل منها على أجسام مضادة مختلفة. يستجيبون لنوع معين من السرطان في الخلايا. بالإضافة إلى الأصباغ الخاصة التي تظهر التفاعل.
"لدينا حاليًا سائل جنبي من امرأة ولدت عام 1929 ومن امرأة أخرى مصابة بسرطان المبيض. "سوف نقوم بإجراء أبحاثهم على الرقائق الحيوية"، يشير الطبيب.
لإجراء التشخيص، ليس الدم هو المطلوب، بل سائل الانصباب الذي يتراكم في الجسم المريض. ويتم أخذ عينات منه وخلطها ووضعها في جهاز طرد مركزي وجمع الرواسب.
"نحن نخلط ونمزج بحيث يكون لتعليق الخلية الذي نطبقه على الرقاقة الحيوية توزيع متساوٍ في جميع الخلايا" ، أشار أحد الباحثين في المركز الروسي لأبحاث السرطان التابع لمؤسسة ميزانية الدولة الفيدرالية. ن.ن. بلوخينا إيلينا فورمينسكايا.
ثم قم بتسخينه إلى 37 درجة وفحصه مع الطبيب تحت مجهر الفلورسنت. هناك بقع حمراء وخضراء على الشاشة. بالنسبة للأخصائي، هذا هو بالضبط ما يبدو عليه السرطان.
السرطان ليس مخيفا كما هو متصور
"هذا مجمع سرطان المبيض المصلي. قالت مارينا سافوستيكوفا: "هذه خلايا فردية، كنا بحاجة إلى تأكيدها، وقد أكدنا ذلك".
وهذا ليس تشخيصًا رسميًا بعد، ولكنه نتيجة البحث فقط. وينتظر المطورون موافقة Roszdravnadzor ويخططون لبدء التجارب السريرية في أبريل. بعد ذلك، يمكن أن تظهر الرقائق الحيوية في أي عيادة روسية.
كل عام في روسيا يموت أكثر من 300 ألف شخص بسبب السرطان. وتبين أن ما يقرب من ألف مريض يموتون كل يوم في البلاد. إذا تم تشخيص المريض بالمرحلة الأولى، فإن احتمال بقائه على قيد الحياة هو 93٪، حسبما كتبت بوابة الأورام الروسية.
يخطط.
مقدمة.
1.الرقائق الحيوية في علم الأحياء والطب في القرن الحادي والعشرين.
1.2. تعريف الرقائق الحيوية.
1.3. أنواع وخصائص ووظائف الرقائق الحيوية.
2. الجزء الرئيسي.
2.1. الرقائق الحيوية الهلامية، خواصها، إنتاجها وتحليلها.
2.2. أليغنوكليوتيدات ومصفوفات الحمض النووي الدقيقة.
2.3. رقائق الخلية.
خاتمة.
قائمة المراجع المستخدمة.
الرقائق الحيوية في علم الأحياء و
طب القرن الحادي والعشرين.
تعد الرقائق البيولوجية الدقيقة واحدة من أسرع المجالات التجريبية نموًا في علم الأحياء الحديث. هناك نوعان رئيسيان من الرقائق الحيوية. النوع الأول قيد النظر هو المصفوفات الدقيقة من المركبات المختلفة، وخاصة البوليمرات الحيوية، المثبتة على السطح الزجاجي، في قطرات هلامية صغيرة، في الشعيرات الدموية الدقيقة. هناك نوع آخر من الرقاقات الحيوية وهو "microlabs" المصغر. ترجع فعالية الرقائق الحيوية إلى إمكانية إجراء عدد كبير من التفاعلات والتفاعلات المحددة لجزيئات البوليمر الحيوي، مثل الحمض النووي والبروتينات والسكريات، مع بعضها البعض والروابط منخفضة الجزيئية، بشكل متوازي. في تجارب متوازية بسيطة إلى حد ما، من الممكن جمع ومعالجة كمية هائلة من المعلومات البيولوجية حول العناصر الفردية للرقاقة الحيوية. هذا هو التشابه الأساسي في المعلومات بين الرقائق الحيوية والرقائق الإلكترونية. ومع ذلك، هناك عدد من الاختلافات الأساسية بينهما.
في التين. يوضح الشكل 1 مبدأ عمل خلية الحمض النووي أو الرقاقة الحيوية لقليل النوكليوتيد، بناءً على التفاعلات التكميلية لقاعدة الأدينين (A) مع الثايمين (T) والجوانين (G) مع السيتوزين (C) في شريطين من الحمض النووي. إذا كان تسلسل القواعد في أحد سلاسل الحمض النووي (أو قليل النوكليوتيد) مكملاً تمامًا لتسلسل الشريط الآخر، فسيتم تشكيل حلزون مثالي مزدوج الجديلة - مزدوج. ومع ذلك، فإن وجود زوج واحد غير صحيح، مثل G-G، في الطباعة المزدوجة يمنع تكوين الطباعة المزدوجة. إذا قمت بتجميد الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل أو، على سبيل المثال، قليل النوكليوتيد 20 مير (مسبار) في أحد عناصر الرقائق الدقيقة، فعند إضافة أجزاء الحمض النووي الموسومة بأصباغ الفلورسنت، على سبيل المثال الجينوم البشري، إلى الرقاقة الدقيقة، فإن جزيئاتها العالية سيحدث تفاعل محدد. إن عنصر قليل النوكليوتيد المعطى في الرقاقة الحيوية سيربط على وجه التحديد تسلسلًا تكميليًا واحدًا فقط من أصل 420 = 1.09 × 1012 جميع التسلسلات الممكنة بهذا الطول في الحمض النووي. ونتيجة لذلك، لوحظ توهج الفلورسنت فقط على هذا العنصر التكميلي للرقاقة الحيوية. وهكذا، فإن عنصرًا واحدًا من الرقاقة الحيوية ينتج عينة واحدة من حوالي تريليون خيار ممكن، على النقيض من عنصر الرقاقة الإلكترونية، حيث يحدث اختيار ثنائي: نعم أو لا.
أرز. 1. مخطط تشكيل الحلزون المزدوج للحمض النووي على رقاقة حيوية
يتم تثبيت قليل النوكليوتيد على أحد عناصر الرقاقة الحيوية ويربط بشكل انتقائي العنصر المكمل فقط من العديد من أجزاء الحمض النووي الموسومة بالفلورسنت. ونتيجة لذلك، يبدأ هذا العنصر فقط في التوهج. يحدث هذا بسبب تفاعلات محددة للغاية بين أزواج النيوكليوتيدات التكميلية A مع T وG مع C. إن وجود زوج غير مكمل، مثل G-G، يمنع التفاعل ويترك عنصر المصفوفة الدقيقة داكنًا
يرتبط التطور السريع لعلم الأحياء في النصف الثاني من القرن الماضي ارتباطًا وثيقًا بظهور علم الأحياء الجزيئي والخلوي، والذي يقوم على مفهوم الاختزالية - اختزال العمليات البيولوجية المعقدة إلى عمليات تحدث على مستوى جزيئات فردية من البوليمرات الحيوية، في المقام الأول البروتينات والأحماض النووية ومجمعاتها وهياكلها الخلوية المختلفة. عارضت الاختزالية مفهوم التكاملية حول الحاجة إلى دراسة شاملة لبنية وعمل المجموعة الكاملة من الجزيئات الكبيرة في الخلية. في السنوات الأخيرة، ظهرت أساليب تكاملية جديدة مثل علم الجينوم، وعلم البروتينات وعلم السيلوميات، والتي طورتها فرق كبيرة أو في كثير من الأحيان "مصانع علمية" بأكملها. تتيح هذه الاتجاهات إنشاء البنية وعمليات الدراسة على مستوى جينات الجينوم بأكمله، أو بروتينات الخلية بأكملها، أو خلايا النسيج بأكمله. تتيح الرقائق البيولوجية الدقيقة التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة تنفيذ أساليب تكاملية معقدة للغاية في علم الجينوم والبروتينات وعلم السيلوميات بشكل يسهل الوصول إليه. على سبيل المثال، فإن قليل النوكليوتيد ورقاقات الحمض النووي الدقيقة التي ينتجها عدد من الشركات تجعل من الممكن دراسة التعبير عن معظم جينات البكتيريا المختلفة والعديد من الجينات البشرية في تجارب بسيطة إلى حد ما في متناول الباحثين الأفراد. التالي في الخط هو إنشاء رقائق البروتين التي تحتوي على عدد كبير من البروتينات الخلوية المثبتة أو الأجسام المضادة الخاصة بها.
إن المصفوفات الكبيرة من الحمض النووي والبروتينات المثبتة على مرشح، أو المثبتة في تجاويف الصفيحة، معروفة منذ زمن طويل. ومع ذلك، تم نشر أول عمل على مصفوفات الحمض النووي الدقيقة وأحد الأعمال الأولى على مصفوفات البروتين الدقيقة بتنسيق حديث من قبل مختبرنا في معهد البيولوجيا الجزيئية. في.أ. إنجلهارت راس (IMB). وقد تم اقتراح هذه القفزة الأساسية لاستخدامها في الطريقة الجديدة لتسلسل الحمض النووي عن طريق التهجين. في عام 1968، اعتمد الاتحاد السوفييتي، تليها الولايات المتحدة ودول أخرى، برامج حكومية لإنشاء التسلسل الكامل لجميع النيوكليوتيدات الثلاثة للجينوم البشري. لقد كان هناك جدل واسع النطاق حول ما إذا كان ينبغي تحقيق هذا التحدي من خلال توسيع نطاق النهج الحالية أو ما إذا كان ينبغي تطوير أساليب جديدة أكثر كفاءة. نظرًا لضيق الوقت، سلك العلماء طريق التحسين الكبير والتوسع الهائل في الطريقة الحالية القائمة على قراءة النوكليوتيدات واحدة تلو الأخرى من نهاية أجزاء الحمض النووي القصيرة. تم اقتراح هذه الطريقة في النسخة الكيميائية والإنزيمية من قبل دبليو جيلبرت وإف سانجر، اللذين تقاسما جائزة نوبل لعام 1967. وقد لعب الأكاديميان إ.د. سفيردلوف وأ.د. ميرزابيكوف. وفي خطابه بمناسبة جائزة نوبل، أشار ف. جيلبرت إلى أن "فكرة الطريقة جاءت فقط بعد الزيارة الثانية التي قام بها أ. ميرزابيكوف" إلى مختبره.
أرز. 2. تسلسل جزء من الحمض النووي عن طريق التهجين باستخدام مصفوفة كاملة من قليل النوكليوتيدات تحتوي على جميع الـ 4096 6 ميرس
تتوهج بشكل مكثف الأجزاء الستة من الرقاقة الدقيقة، والتي تشكل ثنائيات مثالية عند التهجين باستخدام جزء من الحمض النووي مُسمى بالفلورسنت. تتداخل هذه العناصر الستة المتجاورة مع خمس نيوكليوتيدات؛ هذا التداخل يجعل من الممكن إعادة بناء تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي بشكل لا لبس فيه
بحثًا عن طرق جديدة لتسلسل الحمض النووي، اقترحنا، وكذلك بشكل مستقل من قبل مجموعتين أخريين في إنجلترا وصربيا، تسلسل التهجين في عام 1988. في هذه الطريقة، لا يتم التسلسل عن طريق النيوكليوتيدات الفردية، ولكن عن طريق الكلمات كجزء من "قاموس" كامل لكلمات النيوكليوتيدات ذات حجم معين. مثل هذا القاموس يمكن أن يحتوي على جميع السداسيات النوكليوتيدات الممكنة البالغ عددها 4096، أي. كلمات وراثية مكونة من ستة أحرف. أصبحت الحاجة إلى إنشاء الرقائق الدقيقة واضحة بالنسبة لنا، وفي العام التالي ظهرت المقالة الأولى التي تصف تحضير وخصائص الرقائق الهلامية الدقيقة التي اقترحناها. وفي وقت لاحق، قمنا بإنشاء قواميس كاملة لرقاقة سداسي النوكليوتيد الدقيقة. منذ تلك اللحظة وحتى الوقت الحاضر، ركزت مجموعتنا على تطوير الرقائق الحيوية: إنشاء الحمض النووي والبروتين والرقائق الحيوية الخلوية، وتطوير تقنيات إنتاجها واستخدامها في الأبحاث الأساسية وتطبيقاتها المختلفة في الطب والتكنولوجيا الحيوية وغيرها. مجالات. وتناقش هذه الدراسات في ورقة مراجعة.
أرز. يُظهر الشكل 2 مصفوفة كاملة من قليل النوكليوتيدات مكونة من 6 مير وتسلسل جزء من الحمض النووي المكون من 50 نيوكليوتيد عليها. في هذه الحالة، تحديد جميع الـ 6 ميرات المكملة للحمض النووي وتداخل الـ 6 ميرات المجاورة بخمسة نيوكليوتيدات يسمح لنا بإعادة بناء تسلسل النيوكليوتيدات الكامل للحمض النووي. وفي الواقع، فإن الطريقة في هذا التجسيد لا تعمل إلا في بعض الحالات؛ ويجب أن يسبق استخدامها على نطاق واسع حل عدد من المشاكل التجريبية، والتي سيتم مناقشتها أدناه. .
GEL Biochips، خصائصها، إنتاجها وتحليلها
إن ما يميز الرقائق الحيوية التي نقوم بتطويرها والاختلاف بينها هو أنها عبارة عن قطرات نصف كروية من هيدروجيل مثبتة بواسطة رابطة كيميائية على سطح الزجاج أو البلاستيك أو السيليكون. يتم توزيع الجزيئات الحيوية المختلفة بالتساوي وتجميدها بواسطة الروابط الكيميائية داخل حجم الجل. التثبيت ليس على سطح ثنائي الأبعاد، ولكن في حجم جل ثلاثي الأبعاد يوفر عددًا من المزايا الهامة. تزداد سعة الرقاقة الحيوية لكل وحدة سطحية عشرات ومئات المرات، وبالتالي تزداد حساسية القياسات. يتم تثبيت الجزيئات الكبيرة المثبتة في وسط مائي متجانس، وتشكل حوالي 95٪ من حجم الجل. وهذا يستبعد تفاعلها مع بعضها البعض ومع السطح الصلب، حيث تتم عمليات الطور المتغاير التي تتضمن جزيئات حيوية مثبتة عليها بطريقة أكثر تعقيدًا. وهذا مهم بشكل خاص لرقائق البروتين، حيث أن جزيئات البروتين تميل إلى التحلل في الطور البيني المتكون بين السطح الصلب والوسط المائي. وأخيرًا، تتحول العناصر الهلامية الموجودة في الهواء أو تحت الزيت إلى أنابيب اختبار ميكروية ونانولترية معزولة، حيث يمكن إجراء تفاعلات محددة مختلفة وتفاعلات كيميائية وإنزيمية بشكل فردي في كل منها. وبفضل هذا، تجمع الرقائق الحيوية الهلامية بين خصائص كل من المصفوفات الدقيقة والمختبرات الدقيقة.
لقد مرت تكنولوجيا إنتاج الرقائق الحيوية الهلامية بثلاث مراحل من التطور.
تتألف تكنولوجيا الجيل الأول المرهقة وغير الفعالة من خمس مراحل وتم تطويرها وتسجيل براءة اختراعها في المكتب البحري الدولي في الفترة 1989-1993. وتم نقله إلى مختبر الرقائق الحيوية المشترك الذي نظمه IMB ومختبر أرجون الوطني (ANL، الولايات المتحدة الأمريكية) في الفترة 1994-2000. وأصبحت تقنية الجيل الأول، وتم ترخيصها من قبل شركتي موتورولا وباكارد الأمريكيتين. ومع ذلك، وبسبب عيوبها، بدأت الشركات في إنتاج الرقائق الحيوية ليس كمصفوفات دقيقة من العناصر الهلامية، ولكن كسطح متواصل من هلام البولي أكريلاميد.
على مدى السنوات الثلاث الماضية، قامت شركة IMB بتطوير تقنيات لإنتاج الرقائق الحيوية من الجيل الثاني والثالث. تتكون تقنية الجيل الثاني من ثلاث مراحل: تعديل البوليمرات الحيوية المثبتة بمجموعات مونومر من الجل، وتطبيق محلول من هذه المواد الممزوجة بوحدات مونومر من الجل باستخدام إبرة أو روبوت كهروضغطي، وأخيرًا البلمرة المشتركة المستحثة ضوئيًا للجزيئات الحرة والمتحررة. جزيئات المونومر المرتبطة بالبوليمر الحيوي. وهذا يؤدي إلى تجميد موحد للمواد في كامل حجم الجل. في تقنية أبسط من الجيل الثالث مكونة من مرحلتين، يتم الجمع بين المرحلتين الأولى والثالثة لإنتاج الرقائق الحيوية باستخدام تفاعل كيميائي غريب.
تتيح تكنولوجيا الجيل الثالث البسيطة جدًا والعالمية والرخيصة إنتاج المئات، وفي المستقبل القريب، الآلاف من أليغنوكليوتيد أو الحمض النووي أو الرقائق البروتينية يوميًا، حتى في ظروف المختبر. كما تم تطوير طريقة لإنتاج رقائق دقيقة ذات أحجام هلامية دقيقة تصل إلى 5x5x5 ميكرون عن طريق البلمرة المشتركة. تحتوي الرقائق الحيوية على ما بين عشرات إلى عدة آلاف من العناصر الهلامية مع مركبات مثبتة فيها. عناصر الرقاقة الدقيقة عبارة عن نصفي كرة هيدروجيل (يبلغ قطرها حوالي 100 ميكرومتر) وتقع على مسافة 250 ميكرومتر عن بعضها البعض على سطح زجاجي كاره للماء. الحمض النووي المفرد الذي يصل طوله إلى 200-300 نيوكليوتيدات والبروتينات التي تصل كتلتها إلى 150 كيلو دالتون تنتشر بسهولة وبسرعة في عناصر هيدروجيل من الرقائق الدقيقة ذات التركيبة المصممة خصيصًا. يتم وضع الرقاقة الحيوية نفسها في غرفة تفاعل ذات مدخل ومخرج شعري، حيث يمكن تنفيذ العمليات المختلفة في ظل ظروف خاضعة لرقابة صارمة.
تحليل الرقاقة الحيوية
يتم تسجيل العمليات التي تحدث على الرقائق الحيوية باستخدام الفلورسنت، وكذلك في بعض الحالات طرق التألق الكيميائي والطيف الكتلي. بالنسبة للتحليل الكمي الفلوري، قمنا، بالتعاون مع مركز الأبحاث الروسي "المعهد البصري الحكومي الذي يحمل اسم S.I. Vavilov"، مجاهر فلوري واسعة المجال ذات فتحة عالية ومجهزة بكاميرا CCD وجهاز كمبيوتر. يسمح الجهاز بالتحليل الكمي في الوقت الحقيقي لجميع عناصر الرقاقة الحيوية في غرفة التفاعل في الوضع التلقائي، في نفس الوقت عند أربعة أطوال موجية، عند درجة حرارة معينة أو متغيرة. تم توفير أكثر من 20 من أجهزة تحليل الرقائق الحيوية البحثية باهظة الثمن إلى المختبرات في روسيا والولايات المتحدة الأمريكية. لقد قمنا بتطوير محلل ليزر أبسط وأرخص للعيادات. فهو يسمح بالتسجيل الكمي للتألق في وقت واحد من الرقاقة الحيوية بأكملها باستخدام كاميرا CCD أبسط ومعالجة النتائج على الكمبيوتر المحمول المرفق باستخدام برامج تم إنشاؤها خصيصًا.
أساليب التألق الكيميائي، على الرغم من أنها أقل حساسية من أساليب التألق، يمكن أن تبسط بشكل كبير وتقلل من تكلفة معدات التسجيل. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير طريقة خاصة للتحليل المباشر للمركبات مباشرة في العناصر الهلامية باستخدام قياس الطيف الكتلي MALDI-TOF. تسمح هذه الطريقة، المهمة في علم البروتينات، بتحديد إضافي للمركبات التي تتفاعل مع الرقائق الحيوية بناءً على كتلتها.
قليل النوكليوتيد والرقائق الدقيقة للحمض النووي
إن عملية التفاعلات التكميلية لخيطين من الحمض النووي (التهجين) معقدة بسبب الثبات المنخفض بشكل ملحوظ للازدواج AT المثالي مقارنة بالازدواج GC والتأثير غير المتكافئ المزعزع للاستقرار لمختلف أزواج القاعدة غير الصحيحة. لذلك، في بعض أنواع التجارب، تم إدخال قياس منحنيات الانصهار، أي التسجيل الكمي للتألق بالتوازي في جميع خلايا الرقاقة الدقيقة في تدرج درجة الحرارة المتزايدة. وهذا يسمح للمرء بحساب المعلمات الديناميكية الحرارية للتكوين المزدوج: الطاقة الحرة والإنتروبيا والمحتوى الحراري. إن إجراء مثل هذه الدراسات على الرقائق الدقيقة التي ننتجها، والتي تحتوي على جميع أنواع النيوكليوتيدات 6-مير (إجمالي 4096)، يفتح فرصًا فريدة. يتم حاليًا قياس المعلمات الديناميكية الحرارية لـ 4096 ثنائيًا سداسيًا مثاليًا و73728 ثنائيًا يحتوي على جميع أزواج القواعد غير الصحيحة المحتملة في جميع مواضع السداسي النوكليوتيد. إن تجميع كتالوج كامل للمعلمات الديناميكية الحرارية للدوبلكس السداسي سيسمح لنا بإنشاء نظرية أكثر دقة للتهجين وتقييم تأثير الهياكل الأولية والثانوية في الحمض النووي على التهجين. هذه النظرية ضرورية للعمل العملي مع الحمض النووي وستساهم بدورها في استكمال تطوير طريقة تسلسل الحمض النووي عن طريق التهجين.
من أجل الاستخدام الواسع النطاق لتسلسل الحمض النووي عن طريق التهجين مع المصفوفات الدقيقة الكاملة، على سبيل المثال، سداسية الأبعاد أو أكثر تعقيدًا، يجب حل عدد من المشكلات. إحدى المهام المهمة هي التمييز الموثوق به بين الثنائيات المثالية وغير الصحيحة المتكونة على شريحة حيوية، وهو أمر معقد بسبب الاختلافات في استقرار الأزواج الأساسية AT وGC. يؤدي قياس منحنيات ذوبان الثنائيات واستخدام الخوارزميات التي تحسب السطح تحت منحنى الانصهار لكل ثنائي إلى زيادة موثوقية التحليل. هناك عقبة رئيسية أخرى تتمثل في الوجود المتكرر لسداسي النوكليوتيدات المتكررة والتسلسلات الأطول في الحمض النووي. يمكن قياس هذا التردد عن طريق قياس ومقارنة شدة التألق للعناصر المختلفة للرقاقة الحيوية.
أصبح التهجين باستخدام شريحة حيوية كاملة سداسية الأبعاد وسيلة جذابة لتحديد واكتشاف الطفرات الجديدة وأشكال النوكليوتيدات في مناطق الحمض النووي ذات البنية المعروفة. إن التهجين المتسلسل مع نفس الرقاقة الحيوية الكاملة لجزأين من نفس منطقة الجينوم مع بنية معروفة ومحللة يجعل من الممكن تحديد الاختلافات في نمط الفلورسنت وتحديد بنية وموضع القاعدة المتغيرة في الحمض النووي. يمكن لهذه الطريقة اكتشاف وجود طفرات مسببة للأمراض في السلالة القياسية لفيروس شلل الأطفال المستخدم كلقاح لشلل الأطفال.
كما تم استخدام المصفوفات الحيوية الكاملة سداسية الأبعاد للكشف عن خصوصية المركبات المرتبطة بالحمض النووي لتسلسلات نيوكليوتيدات محددة. وبهذه الطريقة، تمت دراسة خصوصية البروتين البكتيري الشبيه بالهيستون HU، والصبغة منخفضة الجزيئية Hext 33258، بالإضافة إلى بروتين p50، وهو منظم النسخ والترجمة والذي اكتشفه مجموعة الأكاديمي L.P.. أوفتشينيكوف (الشكل 3).
أرز. 3. تحديد التعرف على مواقع محددة في الحمض النووي بواسطة بروتين P50
يرتبط بروتين P50 الملون بالفلورسنت بمصفوفة كاملة من أليغنوكليوتيد مكونة من 6 مير. يتم قياس مضان البروتين على كل عنصر من عناصر الرقاقة الحيوية في تدرج لزيادة درجة الحرارة ودرجات حرارة ذوبان TD لمجمعات البروتين مع أليغنوكليوتيدات. أليغنوكليوتيدات الرقائق الدقيقة التي تظهر أكبر قدر من الاستقرار في درجة الحرارة في المجمع مع الحمض النووي، المترجمة في صليب خفيف وتحتوي على تسلسلات رباعي النوكليوتيدات TGGT وGGTC، تُظهر أيضًا أعلى خصوصية ربط
يعمل التهجين باستخدام مصفوفات قليلة النوكليوتيد الدقيقة على التحديد النوعي والكمي للأحماض النووية وتحليل الاختلافات الهيكلية فيها. توجد الريبوسومات في جميع الخلايا الحية، ويعد RNA الريبوسوم من بين الجزيئات الكبيرة الأكثر حفظًا من الناحية التطورية. ومع ذلك، هناك عدة مناطق متغيرة في الحمض النووي الريبي الريباسي. تُستخدم الاختلافات في تسلسل النيوكليوتيدات في هذه المناطق لتحديد الكائنات الحية الدقيقة وتتبع تطورها. لقد قمنا بتطوير سلسلة من الرقائق الدقيقة لطريقة سريعة لتحديد البكتيريا الآزوتية وبكتيريا مجموعة Bacillus والبكتيريا العتيقة. إن وجود الحمض النووي الريبي الريباسي في الخلية بكمية آلاف النسخ يسمح بالتحليل في بعض الحالات دون تضخيمها. كما تم تطوير نظام بسيط لعزل الحمض النووي الريبي (RNA) الريبوسومي ووضع علامات الفلورسنت الخاصة به على نفس العمود، مما جعل من الممكن إنشاء طريقة سريعة للرقاقة الحيوية لتحليل أنواع الأسلحة البيولوجية مثل الجمرة الخبيثة. نحن نستكشف أيضًا إمكانية إنشاء كائنات حيوية لتحديد جميع الكائنات الحية الدقيقة المعروفة أو معظمها.
لإجراء التحليل النوعي والكمي للتعبير الجيني ومحتوى مختلف RNAs المرسال، هناك العديد من أنظمة الرقائق الحيوية التجارية الأجنبية. لقد استخدمنا أيضًا المصفوفات الهلامية الدقيقة لتحليل mRNA، على سبيل المثال، لتحديد إعادة ترتيب الكروموسومات التي تسبب ثمانية أنواع مختلفة من سرطان الدم. تم تقديم تشخيص سرطان الدم باستخدام الرقائق الدقيقة في مركز أمراض الدم الجمهوري للأطفال.
تعد المصفوفات الدقيقة قليلة النوكليوتيد طريقة فعالة للتعرف المتزامن على عشرات إلى آلاف الجينات وتحليلها الهيكلي، لتحديد تسلسلات نيوكليوتيدات محددة واختلافات النيوكليوتيدات في بنيتها. ومع ذلك، عندما تكون الجينات موجودة في الجينوم في نسخة واحدة أو أكثر، فإن تضخيمها الأولي مطلوب. الطريقة الأكثر فعالية لتضخيم الحمض النووي هي تفاعل البلمرة المتسلسل، حيث تحدث زيادة هائلة في عدد جزيئات الحمض النووي من عدة إلى ملايين النسخ أو أكثر، وهو ما يكفي لتحليل تهجينها.
في نهج أكثر تقليدية وبساطة، يتم تنفيذ تضخيم الحمض النووي وتهجين الحمض النووي المضخم إلى الرقاقة الحيوية على مرحلتين منفصلتين. تم تطوير هذه الأساليب المكونة من مرحلتين من خلال بحث مشترك مع عدد من المختبرات الروسية والأجنبية لتحديد الطفرات في جين b-globin، الذي يسبب المرض الوراثي b-thalassemia، وتحديد الأليلات في جين التوافق النسيجي HLA DQAI، والنيوكليوتيدات تعدد الأشكال في جين مستقبلات المواد الأفيونية، والذي ربما يسبب الميل إلى إدمان المخدرات، وتحديد عدد من الجينات البكتيرية المسؤولة عن مقاومة المضادات الحيوية وتخليق بعض السموم.
وقد وجد تهجين الحمض النووي المضخم مع الرقائق الحيوية ذات الصلة تطبيقًا عمليًا لتحديد الطفرات المسؤولة عن مقاومة عصيات السل لأحد الأدوية الرئيسية المضادة للسل - الريفامبيسين. هذه الطريقة بسيطة وغير مكلفة وتسرع التحليل من أسابيع إلى يوم واحد. وتم تطوير هذه الطريقة بالاشتراك مع مركز موسكو العلمي والعملي لمكافحة السل ومركز أبحاث الدولة لعلم الفيروسات والتكنولوجيا الحيوية "فيكتور" وتم اختبارها على أكثر من 150 مريضا في عدد من العيادات. وقد تم إطلاق الإنتاج التجاري لمجموعات التحليل هذه، التي تحتوي على مصفوفات قليلة النوكليوتيد الدقيقة، ومكونات لتضخيم الحمض النووي، بما في ذلك قليلات النوكليوتيدات الاصطناعية ذات العلامات الفلورية، ومحلل الرقائق الحيوية السريرية المزود بكمبيوتر محمول وبرنامج للتحليل التلقائي للرقائق الحيوية. يمكن تكييف هذه الطريقة بسهولة لاكتشاف العديد من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى وجينات مقاومة الأدوية وتخليق السموم، بالإضافة إلى تحديد الطفرات المختلفة في الفيروسات والكائنات الحية الدقيقة والحيوانات (بما في ذلك البشر) والنباتات. ويمكن تنفيذ التغييرات المناسبة اللازمة لإنجاز هذه المهام في فترة زمنية قصيرة تتراوح من بضعة أسابيع إلى بضعة أشهر.
هناك طريقتان مطورتان أخريان تجمعان بين التهجين على الرقاقة وتضخيم المصفوفة الدقيقة في خطوة واحدة، مما يجعل التحليل أسرع وأبسط. في الطريقة الثانية، يحدث التضخيم بالتوازي في محلول في غرفة التفاعل وفي العناصر الهلامية للرقاقة الدقيقة التي تحتوي على أليغنوكليوتيدات مثبتة (البادئات) المشاركة في التضخيم. تم استخدام هذا النهج لتقليل تحديد عصية السل إلى ساعتين وتحديد مقاومتها لعقارين في وقت واحد - الريفامبيسين والأيزونيازيد. تستخدم الطريقة أيضًا التضخيم الخاص بالأليل، والذي يحدث على أليغنوكليوتيدات مثبتة في مادة هلامية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن اكتشاف الطفرات والنيوكليوتيدات متعددة الأشكال باستخدام التفاعلات الأنزيمية لاستطالة أليغنوكليوتيدات المثبتة على الشريحة بواسطة نيوكليوتيد واحد وارتباطها بأليغنوكليوتيدات أخرى - الربط.
في الطريقة الثالثة، يحدث التضخيم حصريًا في العناصر الهلامية للرقاقة الدقيقة، المستخدمة في هذه الحالة كأنابيب اختبار بحجم عدة نانولتر إلى أجزاء من ميكروليتر. يحتوي كل من هذه الأنابيب النانوية الهلامية على اثنين أو أكثر من أليغنوكليوتيدات محددة ضرورية للتضخيم. ولا تزال هذه الطريقة معقدة للغاية في التنفيذ وتتطلب المزيد من التحسين. ومع ذلك، فإن تنفيذه سيجعل من الممكن تحليل الآلاف من النيوكليوتيدات متعددة الأشكال في الجينوم على شريحة حيوية واحدة وفي تجربة واحدة، مما سيسمح باستخدامها في الفحص الجماعي للسكان. ومن المعروف أن تعدد الأشكال لما يقرب من 3 ملايين نيوكليوتيدات من أصل 3 مليارات التي تشكل الجينوم البشري يميز شخص عن آخر. تعدد الأشكال هو المسؤول عن العيوب والأمراض الوراثية، والاستعداد للعديد من الأمراض، بما في ذلك الأمراض الخبيثة، ويحدد العديد من الخصائص البشرية الأخرى المحددة وراثيا. ولذلك، فإن إنشاء تحليل ميكروأري بسيط وفعال متعدد المواقع لتعدد الأشكال لكل فرد سيقرب الشخص من هدف "اعرف نفسك"، المدرج منذ حوالي 2500 عام على جدار معبد دلفيك في اليونان.
الرقائق الحيوية مصممة للتعرف على بعض البكتيريا المسببة للأمراض والفيروسات والأسلحة البيولوجية، وكذلك للكشف عن الطفرات التي تسبب السرطان مثل فيروس الجدري، واللقاح، وجدري البقر؛
ب - الجمرة الخبيثة، والطاعون، وداء البروسيلات على شريحة واحدة؛
ج - الكشف عن مسببات الأمراض في دم المتبرع؛
د - الطفرات في الجين brcal المسؤول عن حدوث سرطان الثدي.
د - التحولات في سرطان الدم
يمكن استخدام بعض هذه الرقائق الحيوية للكشف بسرعة وحساسية عن الأسلحة البيولوجية والجدري والجمرة الخبيثة والأمراض المماثلة الأخرى.
تكنولوجيا إنتاج الرقائق الدقيقة تجعل من الممكن، مع تغييرات طفيفة، الحصول على كل من قليل النوكليوتيد والحمض النووي والبروتينات الدقيقة التي تحتوي على الإنزيمات والأجسام المضادة والمستضدات، وما إلى ذلك. يسمح التأثير المثبت لتجميد الجل بتخزين معظم المصفوفات الدقيقة للبروتين لعدة أشهر دون فقدان النشاط الوظيفي.
بالتعاون مع مختبرات الأعضاء المناظرين في RAS E.V. جريشين وف.أ. Nesmeyanov (IBCh، RAS)، وكذلك A.Yu. Baryshnikov (مركز الأورام التابع للأكاديمية الروسية للعلوم الطبية)، أظهرنا الاستخدام الفعال لرقائق هلام البروتين للتشخيص الكمي لعدد من السموم، وكذلك مستضدات السرطان والأجسام المضادة في دم المرضى. تشير هذه التجارب الأولية إلى أن الرقائق الحيوية قادرة على المنافسة مع الطرق القياسية في التشخيص المناعي السريري.
يعد استخدام رقائق البروتين في البروتينات سريعة التطور أمرًا واعدًا. وفي هذا الصدد، فإن المهمتين التاليتين لهما أهمية خاصة:
التحديد النوعي والكمي بالتوازي مع عدد كبير من البروتينات في خلايا الأنسجة المختلفة أو في حالات وظيفية مختلفة، والتي يمكن استخدام أجسام مضادة محددة لها، كما هو موضح في الشكل 1. 7، من أجل التحديد الكمي لمستضد سرطان البروستاتا؛ وقد تم بالفعل إطلاق برامج في عدد من الدول للحصول على معظم بروتينات الخلايا البشرية والبكتيرية وإنتاج أجسام مضادة محددة لها؛ ونأمل أن نستخدم تكنولوجيا الرقائق الحيوية المحلية للتعاون مع هذه البرامج لإنشاء نظام لقياس كمية البروتينات الخلوية؛
دراسة تفاعلات البروتينات الخلوية مع بعضها البعض ومع الروابط الخلوية الأخرى، مثل الحمض النووي والجزيئات الصغيرة؛ وقد تم وصف تحديد خصوصية بروتينات ربط الحمض النووي باستخدام المصفوفات الدقيقة الكاملة لقليل النوكليوتيد سابقًا؛ والمهمة الأكثر صعوبة هي تحديد البروتينات التي تتفاعل بشكل خاص مع بعضها البعض ومع الروابط إذا كان مكون واحد على الأقل غير معروف؛ ولهذه الحالات، تم تطوير طريقة لتحديد الجزيئات المرتبطة بالرقاقة الدقيقة باستخدام قياس الطيف الكتلي؛ على رقائق البروتين الدقيقة التي تحتوي على إنزيمات مجمدة، من الممكن أيضًا إجراء تحليل حركي لركائزها ومثبطاتها.
الرقائق الخلوية
من المعروف أن العديد من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة تحتفظ بوظائفها الحيوية ويمكنها حتى الانقسام عند تثبيتها في هيدروجيل. وهذا يفتح عددًا من الاحتمالات المثيرة للاهتمام، بما في ذلك إنشاء الرقائق الحيوية الخلوية كمستشعرات حيوية مصفوفية للتحديد المتوازي، على سبيل المثال، لعدد من المضادات الحيوية والمضادات الحيوية الغريبة. رقاقة بكتيرية تحتوي على مثبطات ومقاومة لمختلف سلالات الإشريكية القولونية. تشير صورة عنصر الهلام الملون إلى توزيع الخلايا المتنامية في كامل حجم الجل. يتم تسجيل حركية الانقسام البكتيري والنمو في هلام الرقائق الدقيقة عن طريق تلطيخ الخلايا بصبغة الفلورسنت. ويعتمد نمو البكتيريا على مقاومة الخلايا للمضاد الحيوي ووجوده في البيئة. يوضح الشكل شريحة بكتيرية تحتوي على 4 سلالات من الإشريكية القولونية مثبتة في هلام، حساسة ومقاومة للمضادات الحيوية التتراسيكلين والكلورامفينيكول وخليط من الكلورامفينيكول والأمبيسيلين. إن قمع نمو البكتيريا في العناصر المقابلة للرقاقة الحيوية يجعل من الممكن تحديد وجود هذه المضادات الحيوية في البيئة. بعد بناء منحنى المعايرة، يمكن قياس محتوى المضادات الحيوية في الوسط كميا. ومن المثير للاهتمام أيضًا إنشاء شرائح دقيقة تحتوي على خلايا حيوانية ونباتية للكشف عن مجموعة واسعة من المواد المختلفة في البيئة.
الرقاقة الحيوية للتشخيص المبكر للسرطان
قام العلماء في مختبر أرجون الوطني ومركز أبحاث الطاقة النووية (شيكاغو، إلينوي) بتطوير رقاقة حيوية يمكنها تشخيص أنواع معينة من السرطان قبل ظهور الأعراض.
قامت شركة Eprogen بترخيص هذه التقنية وتستخدمها للعثور على مؤشرات حيوية جديدة للسرطان. تنتج الأورام، حتى في المراحل المبكرة بدون أعراض، بروتينات تدخل مجرى الدم وتؤدي إلى تفاعلات مناعية، وخاصة تخليق الأجسام المضادة. ويزعم المتخصصون في الشركة أن مقارنة مستويات الأجسام المضادة الذاتية لدى الأشخاص الأصحاء ومرضى السرطان هي طريقة واعدة للبحث عن المؤشرات المبكرة للأمراض.
العملية التي يستخدمونها، والتي تسمى تجزئة البروتين ثنائية الأبعاد، تسمح لهم بفرز آلاف البروتينات المختلفة من الخلايا الخبيثة بناءً على الاختلافات في شحنتها الكهربائية وكراهيتها للماء. باستخدام هذه الطريقة، حصل الباحثون على 960 جزءًا من البروتين، والتي تم وضعها في شريحة حيوية تحتوي على 96 لوحة جيدة. بعد ذلك، تتم معالجة الرقاقة الحيوية بأجسام مضادة ذاتية معروفة مسبقًا تم تصنيعها بواسطة الجهاز المناعي لمرضى السرطان.
إن استخدام الأجسام المضادة الذاتية للمريض للتشخيص سيسمح للأطباء بتصميم العلاج وفقًا لملف تعريف الأجسام المضادة الذاتية الفردية الخاصة بهم. ويكمن تفرد الطريقة الجديدة في حقيقة أن العلماء يستخدمون بيانات حقيقية عن مرض يصيب الإنسان للحصول على معلومات تشخيصية جديدة أكثر تفصيلا يمكن للمتخصصين استخدامها لدراسة وعلاج السرطان.
ووفقا لدانييل شاباكر، المتخصص في مختبر أرجون الوطني، الذي طور هذه التكنولوجيا، فقد أظهرت الرقائق الحيوية بالفعل إمكانات كبيرة في الطب التشخيصي. بالإضافة إلى إيبروجين، قامت ثلاث شركات أخرى بترخيص هذه التكنولوجيا. قامت إحداها، Akonni Biosystems، بتطوير عشرات الاختبارات بناءً عليها، والتي تم إنتاجها تحت العلامة التجارية TruArray. قامت شركة أخرى، وهي Safeguard Biosystems، بترخيص الرقائق الحيوية لإنشاء أدوات التشخيص البيطري.
على سبيل المثال، عند تشخيص أمراض الجهاز التنفسي العلوي، ترتبط الأجسام المضادة أو الحمض النووي الموجود في اللطاخة الفموية للمريض بالجزيئات المطبقة على الرقاقة الحيوية. بعد المعالجة، تبدأ آبار الرقاقة الحيوية التي حدث فيها هذا الارتباط في التوهج. يقوم برنامج خاص بفك تشفير الصورة الممسوحة ضوئيًا باستخدام جهاز كمبيوتر، ويحسب الاحتمالية الإحصائية لوجود عامل معدي معين ويقدم المعلومات إلى الطبيب.
إن تطوير أدوات التشخيص مثل TruArray لديه القدرة على إحداث ثورة في التشخيص لأن... فهو يسمح بالتشخيص المتزامن لعدد كبير من الأمراض. إحدى الخصائص الفريدة لهذه الطريقة هي القدرة على اختبار الالتهابات البكتيرية والفيروسية في وقت واحد.
يستغرق التحليل باستخدام الرقاقة الحيوية حوالي 30 دقيقة ويضمن السرية ودقة التشخيص العالية يستطيع الطبيب، دون مغادرة المكتب، تحديد طبيعة المرض ومرحلة تطوره أمام أعين المريض تقريبًا.
في المرضى الذين يعانون من داء السكري، تحتوي جزيئات LDL-C الصغيرة الكثيفة على الغليكوزيلاتآبوفي
قام تشارلتون مينيس (جامعة مانشستر، المملكة المتحدة) بتقييم درجة الغليكوزيل لمختلف الأجزاء الدهنية في 44 متطوعًا مصابًا بداء السكري. اتضح أن متوسط مستوى Apo B الغليكوزيلاتي كان 3.0 ملجم/ديسيلتر، مع احتواء 84.6% من Apo B الغليكوزيلاتي في LDL-C، و67.8% في الجزء الفرعي الأكثر تصلبًا، أي الجزيئات الصغيرة الكثيفة من X-LDL.
يرتبط مستوى جزيئات LDL-C الصغيرة الكثيفة بشكل كبير بسمك الطبقة الداخلية للشريان السباتي
قام تيتسو شوجي (كلية الدراسات العليا للطب بجامعة مدينة أوساكا، اليابان) وزملاؤه بتحديد مستويات الدهون في 326 مريضًا تم فحصهم لمعرفة مؤشر كتلة الجسم السباتي. أظهر الباحثون وجود علاقة قوية بين مستويات LDL-C الصغيرة الكثيفة وسمك الطبقة الداخلية للشريان السباتي (معامل الارتباط 0.441). وكان الارتباط بين الدهون الأخرى وسمك الطبقة الداخلية كما يلي: البروتين الدهني B (0.279)، LDL-C 0.249)، والدهون الثلاثية (0.175). كان لدى المرضى الذين لديهم مستويات عالية من البروتين التفاعلي C مستويات أقل من LDL-C الكثيف الصغير مقارنة بالمرضى الذين لديهم مستويات منخفضة من البروتين التفاعلي C.
تصلب الشرايين 2008; النشر المسبق على الانترنت.
سمي أطباء مركز أبحاث الأورام الروسي بهذا الاسم. ن.ن. قام Blokhina مع زملائه في نيجني نوفغورود بتطوير نظام اختبار فريد لأبحاث الكيمياء المناعية. يمكن أن يحل محل مختبر بأكمله، وليس له نظائره في العالم، وقد حصل على درجات عالية من كبار أطباء الأورام في اليابان. بمساعدة هذا الابتكار، من الممكن تحديد وجود أو عدم وجود ورم خبيث لدى المريض عند الزيارة الأولى للعيادة. تم تصميم نظام الاختبار بحيث يمكن تنفيذه بسهولة وسرعة في جميع أنحاء البلاد.
المنتج الجديد يسمى "Biochip". لقد كان نتيجة عمل مشترك طويل الأمد لمركز أبحاث السرطان الروسي الذي سمي باسمه. ن.ن. بلوخين، أكاديمية نيجني نوفغورود الطبية ومعهد علم الأوبئة والأحياء الدقيقة الذي يحمل اسم. في. بلوخينا.
وقال أحد مؤلفي نظام الاختبار، رئيس مختبر علم الخلايا السريري في مركز أبحاث السرطان الروسي، لإزفستيا: "إن الرقاقة الحيوية هي تطور جديد بشكل أساسي". ن.ن. بلوخينا، عالمة الأورام مارينا سافوستيكوفا. - في عام 2016 قمنا بتسجيل نظام الاختبار في روسيا للأغراض العلمية وحصلنا على براءة اختراع دولية. أصبح الزملاء من اليابان مهتمين بالرقاقة الحيوية. وفي نهاية عام 2016، أبرموا معنا اتفاقية لنقل التنمية إلى دول منطقة آسيا والمحيط الهادئ.
تم تصميم نظام الاختبار لتشخيص أي عمليات خبيثة: السرطان، سرطان الجلد، سرطان الغدد الليمفاوية. وتتكون من الرقاقة الحيوية نفسها، وماسح ضوئي لرقمنة النتائج، ووسيلة نقل ومغذيات لتخزين المواد الحيوية.
الرقاقة الحيوية عبارة عن ركيزة مقسمة إلى 15 خلية يتم إضافة أجسام مضادة مختلفة إليها. يجب معالجة المواد الحيوية المأخوذة من المريض للتحليل (سائل الجسم المرضي أو ثقب من الورم) في جهاز طرد مركزي قياسي، وهو متوفر في أي مختبر، ثم يتم إدخاله في الخلايا، حيث يحدث التفاعل عند تسخينه إلى 37 درجة. لتصور التفاعل، تتم إضافة علامات فلوروكروم إلى الأجسام المضادة. عندما يتفاعل مستضد الخلية السرطانية مع جسم مضاد، تبدأ الخلية في التوهج. بناءً على هذا التوهج، يمكنك على الفور تحديد ما إذا كانت هناك خلايا ورم في العينة أم لا.
أوضحت مارينا سافوستيكوفا: "هذه طريقة للكيمياء المناعية الفلورية". - يحدث رد الفعل على الفور تقريبًا. تتيح هذه التقنية إجراء التحليل بشكل أسرع بثلاث مرات من الطريقة القياسية، وبتكلفة أقل بثلاث مرات. يمكن إجراء الدراسة في أي عيادة تقدم فيها المريض بأي شكوى.
على الرغم من أنه بمساعدة الرقاقة الحيوية، من الممكن التمييز بين الورم الخبيث والورم الحميد، إلا أن الأطباء لا يقترحون اختبار الجميع بحثًا عن وجود السرطان بهذه الطريقة. يتم أخذ السائل أو خلايا الأنسجة المرضية التي تم الحصول عليها عن طريق ثقب للتحليل.
على سبيل المثال، لجأ مريض إلى معالج يشكو من تورم في الرقبة، كما توضح مارينا سافوستيكوفا. - قد يكون هذا التهاب عقد لمفية عادي، أو كيس في الرقبة، أو رد فعل تحسسي تجاه لدغة حشرة، أو ساركوما في الأنسجة الرخوة في الرقبة. وإذا كان لدى المريض سائل في الرئتين، فقد يكون السبب هو السل أو الالتهاب الرئوي أو ورم خبيث بالسرطان أو ورم الظهارة المتوسطة. وبمساعدة نظام اختبار جديد، يمكننا القضاء على كل هذا وتقديم توصيات للأطباء حول مكان البحث عن المشكلة.
من أجل التنفيذ الواسع النطاق لهذه الطريقة التشخيصية، ليس من الضروري وضع أطباء الأورام في مختبر كل عيادة. كل ما تحتاجه هو تجهيز كل مختبر بالرقائق الحيوية والماسحات الضوئية. من المستحسن أن يحتوي على إمدادات من أنابيب الاختبار مع وسط النقل والمغذيات (TCM). وهذا أيضًا هو تطور مؤلفي المشروع. TPS عبارة عن أنبوب مغلق بإحكام تضاف إليه المادة الحيوية. يحتوي الأنبوب على مواد حافظة تمنع نمو الميكروبات. في هذه البيئة، يمكن تخزين المواد الحيوية دون تبريد لمدة تصل إلى شهر.
يجب على الجراح في العيادة أو المستشفى إجراء ثقب وإدخال مادة مرضية في TPS، ثم على الرقاقة الحيوية. بعد ذلك، يتم وضع نظام الاختبار في الماسح الضوئي، والذي سيقوم بإرسال الصورة إلى أحد المتخصصين في المركز المرجعي.
قال مؤلف آخر للمشروع، مدير مؤسسة أبحاث وإنتاج الرقائق الحيوية سفياتوسلاف زينوفييف: "لقد أطلقنا بالفعل إنتاجًا على نطاق صغير للرقائق الحيوية". - يقع في مدينة نيجني نوفغورود. لقد صنعنا معدات للطباعة الآلية للرقائق الحيوية من الصفر، حيث لا توجد نظائرها في العالم، وبالتالي لا توجد حلول تصميم مناسبة. يتم أيضًا إنتاج الماسحات الضوئية وفقًا لطلبنا والمواصفات الفنية من قبل شركة نيجني نوفغورود.
وفقا لسفياتوسلاف زينوفييف، فإن إنتاج الماسحات الضوئية هو استبدال الواردات. وستكون التكلفة النهائية لكل جهاز أقل بعشر مرات من نظيره المستورد. لقد اجتازت الماسحات الضوئية الاختبارات المعملية، ويقوم المطورون الآن بتقديم المستندات لتسجيلها.
يتم تثبيت الرقاقة الحيوية في الماسح الضوئي، الذي يقوم برقمنة الصورة ونقلها إلى المركز المرجعي الإقليمي. هناك، يقوم علماء الخلايا ذوو الخبرة الواسعة بالنظر إلى الصورة، وتحليل المواد التي تم الحصول عليها عن بعد وإرسال الاستنتاج مرة أخرى. عندما يقوم المريض بزيارة الطبيب مرة أخرى، يحصل على تشخيص دقيق وفرصة لبدء العلاج. سيتم النظر في جميع الحالات المعقدة التي لم يتمكن علماء الخلايا الإقليميون من تفسيرها من قبل مجلس مركز أبحاث السرطان الروسي الذي سمي باسمه. ن.ن. بلوخينا. يتم تنظيم التواصل مع المركز المرجعي الرئيسي من خلال نظام المعلومات والتحليل، والذي يتم تضمين إنشائه أيضًا في المشروع.
من المهم جدًا أن يتم تشخيص المرض في أقرب وقت ممكن. بالنسبة لمريض الأورام، هذه المصطلحات تعني الحياة. في عصر التقنيات المستهدفة، أصبح علاج الأورام قابلاً للشفاء. في الوقت الحاضر، أصبحت علامة البقاء لمدة خمس سنوات هي القاعدة. هناك أورام لم تعد تموت منها. على سبيل المثال، هذا ورم في الغدة الدرقية"، أشارت مارينا سافوستيكوفا.
وفقًا لسفياتوسلاف زينوفييف، يمكن أن يكون التشخيص باستخدام نظام الاختبار الجديد مجانيًا للمرضى، لأن الاختبار الكيميائي المناعي مدرج في معايير التأمين الصحي الإلزامي (CHI).
وقد أعلنت نيجني نوفغورود وتشيبوكساري وسانت بطرسبرغ وياروسلافل وروستوف أون دون وكراسنودار ومناطق أخرى بالفعل استعدادها للعمل بموجب المخطط الجديد. قال سفياتوسلاف زينوفييف: "لقد تحدثنا مع علماء الخلايا ومديري وأطباء مستوصفات الأورام وممثلي وزارات بعض المناطق، وفي كل مكان التقينا باهتمام كبير".
الآن ينتظر منشئو الرقاقة الحيوية الانتهاء من Roszdravnadzor، والذي بدونه يستحيل البدء في الإنتاج الضخم.
لكي لا نضيع الوقت، بدأنا بالفعل في تدريب المتخصصين الذين سيعملون مع النظام الجديد،" توضح مارينا سافوستيكوفا. - سيخضع علماء الخلايا للتدريب معنا ويجرون الاختبارات ويحصلون على الشهادات. وفقط بعد ذلك سيكونون قادرين على تفسير النتائج التي تم الحصول عليها على الرقاقة الحيوية بشكل مستقل.
وبحكم إيجابي من Roszdravnadzor، يعد المشاركون في المشروع بتنفيذ سريع للغاية له موضع التنفيذ. الموعد النهائي الفعلي هو أبريل 2017.
يؤكد خبراء الأورام الحاجة إلى الإدخال الشامل لهذا النوع من التشخيص.
فكرة الرقاقة الحيوية ليست جديدة. "نحن نقوم بإنشاء أنظمة مماثلة في معهدنا، لكننا حتى الآن نستخدمها فقط لتشخيص سرطان الدم،" نائب المدير العام - مدير معهد أمراض الدم والمناعة وتكنولوجيا الخلايا التابع لمؤسسة الموازنة الحكومية "المركز العلمي الاتحادي للأطفال وطب الأطفال" جراح العظام الذي يحمل اسم "ديمتري روجاتشيف" من وزارة الصحة الروسية، أليكسي ماشان، قال لإزفستيا. - في الواقع، هناك مشكلة تتعلق بتوفر وسائل التشخيص في المناطق النائية، ومثل هذه التطورات يمكن أن تحلها. إن ميزة التشخيص باستخدام الرقاقة الحيوية هي البراغماتية - في ظروف نقص التمويل للمؤسسات الطبية، يمكن لنظام الاختبار هذا أن يحل بعض المشكلات. ولكن فقط إذا كان بإمكانه تحمل المقارنة مع طرق التشخيص الكلاسيكية.
ووفقا لكبير أطباء الأورام في وزارة الصحة، يجب تكرار هذه الأنظمة، وليس فقط في بلدنا.
وقال كبير أطباء الأورام في وزارة الصحة الروسية، الأكاديمي في الأكاديمية الروسية للعلوم، ميخائيل دافيدوف، لإزفستيا: "هذا حقًا نظام اختبار فريد من نوعه لتحديد أي عمليات خبيثة، وحتى الآن ليس له نظائره في أي مكان في العالم". - يعد هذا قرارًا مهمًا في مجال تشخيص السرطان، والذي يجب تكراره وإظهاره ليس فقط للزملاء المحليين ولكن أيضًا للزملاء الأجانب.
تم الاعتراف بتقرير علماء نيجني نوفغورود حول التشخيص السريع للأورام باستخدام الرقاقة الحيوية باعتباره الأفضل في قسم "علم الخلايا" في المؤتمر الأوروبي التاسع والعشرين لعلم الأمراض! - بعد هذه الكلمات، سارع الزملاء من إيطاليا وكرواتيا وتركيا وألمانيا لتهنئة الروس... ومن المفهوم - أن تكون من بين الأفضل في هذا المؤتمر هو نفس الحصول على جائزة الأوسكار في السينما. في كل عام، يناضل كبار الشخصيات الطبية من جميع أنحاء العالم من أجل هذا الحق في أمستردام.
"لقد قمنا بتطوير هذه الرقاقة الحيوية منذ عام 2012، لكنها اكتسبت شكلها الحالي منذ عامين فقط، عندما ظهر المستثمر"، كما يقول أحد مؤلفي المشروع، رئيس مختبر البيولوجيا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية التابع للمركز الوطني للبحوث. معهد اسمه. بلوخينا أوليغ أوتكين. - لا يوجد نظائر لنظام الاختبار هذا في أي مكان في العالم؛ تبلغ نسبة موثوقية التشخيص 95%.
حقيقة أنه يتم تطوير تقنية فريدة داخل أسوار معهد نيجني نوفغورود لا يمكن قولها على الفور. لا توجد كلمات مرور سرية عند المدخل، ولا يوجد مدافع رشاشة على الحراسة. من بين جميع الاحتياطات - أغطية الأحذية فقط ومعطف أبيض إلزامي عند مدخل المختبر.
"هذه هي الرقاقة الحيوية الخاصة بنا،" أراني أوليغ لوحًا زجاجيًا صغيرًا، بالكاد يمكن رؤيته على راحة يده. عند النظر إلى هذا الطفل، من الصعب تصديق أنه قادر على اكتشاف أي نوع من أنواع السرطان تقريبًا خلال ساعة ونصف فقط. سيتبرع العديد من الرؤساء بنصف مملكتهم وابنة مقابل هذه التكنولوجيا.
مبدأ تشغيل هذا النظام بسيط: نأخذ أي مادة حيوية - سائل مصلي أو بول أو مادة ما بعد الجراحة - ونضيفها إلى خلايا الرقاقة الحيوية. يوجد إجمالي 15 قطاعًا في الشريحة، يحتوي كل منها على بروتين يحمل علامة محلول الفلورسنت. إذا تم الكشف عن أي علامات للأورام، فإن الخلايا الموجودة في الخلية سوف تظهر توهجًا تحت المجهر الفلوري.
بالمناسبة، على عكس جميع طرق التشخيص الأخرى، لن تشير الرقاقة الحيوية إلى حقيقة السرطان فحسب، بل ستحدد أيضًا نوعه ومكان وجود النقائل، مما يساعد الطبيب على تقديم تشخيص بشأن مسار المرض واختيار العلاج الشخصي. اليوم، أصبح نظام الاختبار قادرًا على تشخيص جميع أنواع السرطان تقريبًا: الرئة، الثدي، المعدة، القولون، المبيض... اعتمادًا على نوع الأورام المشتبه به، ستتغير أيضًا مجموعة البروتينات الموجودة في الرقاقة الحيوية.
ويوضح المطورون أن هناك الآن ثمانية أنواع من أنظمة الاختبار هذه - بدءًا من نظام الفحص المعتاد، الذي يكشف ببساطة عن وجود الأورام، إلى تلك المصممة لكل مرض. – والأهم هو أن البحث لا يحتاج إلى مختبرات باهظة الثمن أو إلى طاقم ضخم من الأطباء المؤهلين تأهيلا عاليا. يمكن لأي فني مختبر إضافة مادة حيوية إلى نظام الاختبار الخاص بنا، وبعد ذلك يستطيع طبيب الأورام التوصل إلى نتيجة.
ولهذا التطور، حصل العلماء بالفعل على جائزة المهنة الوطنية. الصورة: الخدمة الصحفية لأكاديمية نيجني نوفغورود الطبية الحكومية
من السهل ليس فقط تشغيل هذه الرقائق الحيوية، بل أيضًا تصنيعها. وفي مختبر صغير، يمكن صنع الآلاف من هذه الأنظمة كل يوم. ومن هنا رخص ثمنها - ستكلف إحدى هذه الشرائح العيادة ما يزيد قليلاً عن ألف روبل. وبالنسبة للمريض نفسه، سيكون التشخيص مجانيًا تمامًا - ويجب إدراجه في نظام التأمين الطبي الإلزامي.
يقول أوليغ أوتكين: "لقد حصلنا بالفعل على جميع براءات الاختراع اللازمة - الروسية والأجنبية". – ولكن لكي تصل الرقائق الحيوية إلى العيادات، نحتاج إلى نتيجة التسجيل من روززدراف. ونأمل أن نحصل عليه في أقرب وقت ممكن. وبعد ذلك، سنكون قادرين على إطلاق الإنتاج الضخم في غضون شهرين فقط.
من جانبها، قدمت وزارة الصحة الروسية لمطوري نيجني نوفغورود الجائزة الوطنية المرموقة "المهنة"، التي تمنح لأفضل الأطباء في روسيا، في فئة "لابتكار طريقة تشخيصية جديدة".
مساعدة "كي بي"
يشارك علماء بارزون من ثلاثة مراكز أبحاث روسية في تطوير الرقاقة الحيوية: NNIIEM im. الأكاديمي آي.ن. Blokhina"، مؤسسة ميزانية الدولة الفيدرالية "مركز البحث العلمي الروسي الذي يحمل اسم. ن.ن. بلوخين"، المؤسسة التعليمية لميزانية الدولة الفيدرالية للتعليم العالي "أكاديمية نيجني نوفغورود الطبية الحكومية". لقد أصبح علماء من روسيا واليابان وسويسرا والصين وبيلاروسيا وكازاخستان وأرمينيا مهتمين بالفعل بهذه التكنولوجيا.
