اخبار طیف سنجی در پزشکی

اخبار طیف سنجی در پزشکی

اشتراک گذاری در email
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
همان طور که می‌دانیم علم پزشکی علم بسیار دقیق و حساسی است. بنابراین ابزارهایی که در این زمینه به کار گرفته می‌شوند نیز باید بسیار دقیق باشند. به همین دلیل است که اخیرا اسپکتروسکوپی یا همان طیف سنجی به طور گسترده در پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مطلب بنابه کاربرد طیف سنجی در پزشکی تصمیم گرفته‌ایم تا اخبار مهم در این حوزه را پوشش دهیم. از این طریق می‌توانید کاربردهای مهم طیف سنجی را در قالب خبر مطالعه کنید. در این مقاله همراه ما باشید.
اخبار طیف سنجی در پزشکی

فهرست مطالب

بیماری‌های مختلف می‌توانند جان انسان را به خطر بیندازند و منجر به مرگشان شوند. بنابراین تشخیص به موقع و درمان این بیماری‌ها می‌تواند جان هزاران نفر را تشخیص دهد. در برخی موارد علم پزشکی نمی‌تواند بیماری‌ها را به موقع تشخیص دهد. اینجا است که طیف سنجی به کمک پزشکان می‌آید. نظر شما را به جدیدترین اخبار طیف سنجی در حوزه پزشکی جلب می‌کنیم.

کاربرد طیف‌ سنجی رامان در تشخیص بیماری پارکینسون

گروهی از محققان دانشگاه هنگ کنگ از طیف سنجی رامان و انبرک‌های نوری optical tweezers برای بررسی ساختار آلفا سینوکلئین استفاده کرده‌اند. این ساختار با بیماری پارکینسون ارتباط نزدیکی دارد.

پروتئین‌های ذاتی بی‌نظم یا (intrinsically disordered protein (IDP)) نقش حیاتی در فرایندهای بیولوژیکی ایفا می‌کنند. بسیاری از این پروتئین‌ها با بیماری‌های تخریب ناپذیر عصبی مرتبط هستند. به عنوان مثال آلفا سینوکلئین دارای یک ساختار سه بعدی پایدار نیست، بلکه ساختمان آن به عنوان یک ساختار ثانویه شناخته می‌شود. آلفا سینوکلئین از یک ساختار ثانویه به ساختار دیگر تغییر می‌کند که همین امر منجر به تجمع پروتئین موجود در بیماری پارکینسون می‌شود. بنابراین شناسایی IDPها می‌تواند اطلاعات دقیقی در مورد بیماری پارکینسون ارائه دهد. اما از طرفی تجزیه وتحلیل پروتئین‌ها در غلظت‌های پایین بسیار چالش برانگیز است.

در تحقیقی دانشمندان چینی با ترکیب یکی از روش‌های طیف‌ سنجی رامان یعنی SERS (Surface-enhanced raman spectroscopy) و optical tweezers توانستند این IDPها را در سطح تک مولکولی شناسایی کنند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که SERS پتانسیل قابل توجهی برای شناسایی سیستم‌های بیولوژیکی دارد.

طیف سنجی رامان در تشخیص بیماری پارکینسون
شکل ۱: طیف سنجی رامان در تشخیص بیماری پارکینسون

منبع خبر: https://zaya.io/78vxl

میکروسکوپ رامان در تشخیص آنوریسم آئورت

عارضه آنوریسم آئورت اگر به موقع تشخیص داده نشود می‌تواند مرگ انسان را در پی داشته باشد. دانشمندان به کمک میکروسکوپ رامان موفق شده‌اند این عارضه را تشخیص دهند. برای اطلاع بیشتر با ما همراه شوید.

بیماری آنوریسم آئورت توراسیک صعودی زمانی رخ می‌دهد که دیواره‌های آئورت (که بزرگترین رگ خونی بدن است) ضعیف شده و برآمده می‌شود. این بیماری سبب پارگی دیواره آئورت می‌شود و همین منجر به خونریزی و مرگ فرد می‌شود. به همین دلیل آنالیز فیبرهای دیواره آئورت به کمک طیف سنجی رامان و تصویر برداری رامان در این زمینه بسیار مهم است.

در این عارضه هیچ نشانگر قلبی عروقی مشاهده نمی‌شود. پیش بینی می‌شود که ایجاد آنوریسم رابطه مستقیمی با تغییرات سلولی و خارج سلولی در دیواره‌های رگ دارد.

یک تیم تحقیقاتی برای بررسی این عارضه میکروسکوپ رامان را به کار گرفته‌اند. این تیم از موش و نمونه‌های انسانی برای آنالیز اثر انگشتی (fingerprint) ساختار مولکولی در آئورت استفاده کرده‌اند. تغییرات در دیواره‌های آئورت به کمک تصویربرداری رامان تعیین می‌شود. این تیم اظهار دارند که اجزای خاص مشتق شده از فیبر الاستیک و اجزای مشتق شده از فیبر کلاژن به طور قابل توجهی در این عارضه افزایش یافته است. بنابراین الیاف الاستیک و کلاژن می‌توانند به عنوان نشانگر‌های زیستی برای تشخیص این بیماری استفاه شوند. استفاده از طیف سنجی رامان امکان شناسایی تغییرات جزئی در ساختار سلول‌های دیواره آئورت را فراهم کند. همان طور که پیش‌تر نیز اشاره شد تصویربرداری به کمک میکروسکوپ رامان به  عنوان روشی برای شناسایی تغییرات اولیه دیواره آئورت به کار می‌رود. در حال حاضر هیچ روشی برای شناسایی زود هنگام این عارضه وجود ندارد. گاهی اوقات این عارضه زمانی تشخیص داده می‌شود که جان فرد توسط این بیماری تهدید می‌شود.

میکروسکوپ رامان در تشخیص بیماری آنوریسم
شکل ۲: میکروسکوپ رامان در تشخیص آنوریسم آئورت

منبع خبر: https://zaya.io/4r284

طیف سنجی رامان و استفاده از ورقه های گرافن در تشخیص سریع کووید ۱۹

در حال حاضر باید یک برنامه فشرده برای کمک به جلوگیری از شیوع ویروس کرونا طراحی شود که طراحی چنین برنامه‌­ای بسیار دشوار است. اما دنیا به روش­‌های بهتری برای تشخیص سریع و دقیق انواع کووید نیاز دارد.

محققان یک دانشگاه در شیگاگو، سال­‌ها است که در حال ساخت سنسورهای گرافن هستند. این گروه قبلا سنسورهایی برای سلول­‌های سرطانی و ALS (Amyotrophic lateral sclerosis) ساخته‌­اند. اکنون این گروه در خصوص تشخیص کرونا از گرافن و طیف سنجی رامان استفاده کرده‌­اند. تحقیق انجام شده توسط این محققان پتانسیل ایجاد یک تغییر واقعی را دارد. سنسور بهینه شده توسط این گروه به صورت انتخابی برای کووید طراحی شده است. این روش سریع، ارزان و دارای حساسیت بسیار بالایی است.

جزئیات روش به این صورت است که ابتدا یک آنتی بادی مخصوص پروتئین معروف در ویروس کرونا (SARS-CoV-2) طراحی شده است. محققان ورقه‌های گرافن را با این آنتی بادی ترکیب کردند. آن­‌ها این صفحات گرافن را در معرض نمونه‌­های کووید مثبت و کووید منفی در بزاق مصنوعی قرار دادند. سپس از طیف سنج رامان برای اندازه‌­گیری ارتعاشات در سطح اتمی از این ورقه­‌های گرافن استفاده کردند. همان طور که می­‌دانید گرافن یک ماده رامان اکتیو است. دلیل اصلی استفاده از گرافن برای محاسبه تغییرات انرژی فونونی است. همچنین این ورقه­‌ها در حضور ویروس­‌های مختلف کرونا مانند MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome- COVID) مورد آزمایش قرار گرفتند که در این مورد نیز این آزمایش‌ها موفقیت آمیز بوده است.

محققان دریافتند هنگامی که ورقه‌­های گرافن کوپل شده با آنتی بادی با یک نمونه مثبت کووید در تماس قرار می­‌گیرد، ارتعاشات اندازه‌­گیری شده توسط طیف سنج رامان تغییر می­‌کند. اما وقتی با یک نمونه منفی کووید یا با ویروس‌­های کرونا دیگر در تماس قرار می­‌گیرد تغییری در ارتعاشات مشاهده نمی‌­شود. محققان ذکر کرده­‌اند که مشاهده نتایج کمتر از پنج دقیقه طول می­‌کشد زیرا سرعت آنالیز طیف سنجی رامان بسیار بالاست. همچنین با افزایش غلظت پروتئین ذکر شده در نمونه ارتفاع پیک‌­های مربوطه در طیف پراکندگی رامان نیز افزایش دارند.

طبق گفته محققان این پروژه به طرز شگفت انگیزی پاسخی قطعی به نیاز و تقاضا برای شناسایی ویروس­‌ها است. توسعه این فناوری به عنوان یک دستگاه آزمایش بالینی مزایای بسیاری نسبت به آزمایشات فعلی مستقر و استفاده شده دارد.

یکی از محققان این پژوهش گفت: گرافن فقط یک اتم ضخامت دارد. بنابراین  وقتی یک مولکول در سطح آن قرار می­‌گیرد، می‌­تواند تغییر خاصی در انرژی الکتریکی آن ایجاد کند. در نتیجه ارتعاشات اندازه‌­گیری شده توسط دستگاه رامان تغییر خواهد کرد. در اصل گرافن به این صورت کالیبره شده است تا فقط با پروتئین خاص SARS-CoV-2 واکنش نشان دهد. به همین ترتیب گرافن با استفاده از این روش، می‌­تواند برای تشخیص انواع COVID-19 استفاده شود.

گرافن در تشخیص کرونا
شکل ۳: استفاده از ورقه های گرافن در تشخیص بیماری کرونا

منبع خبر: https://zaya.io/q3kft

کابرد طیف سنجی uv/vis در تحقیقات واکسن کوید ۱۹

طبق بیان سازمان بهداشت جهانی (WHO) یکی از موثرترین راه­‌های پیشگیری از بیماری، واکسن است. واکسن، سیستم ایمنی بدن را برای مبارزه با عوامل بیماری­‌زای عفونی مانند باکتری­‌ها و ویروس‌­ها تحریک می­‌کند.

در حال حاضر، در سراسر جهان حداقل ۱۱۷ مطالعه برای تولید واکسن برای ویروس کرونا در حال انجام است. دانشمندان برای تولید واکسنی که هدف آن از بین بردن ویروس SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome- Coronavirus) باشد، روی طیف وسیعی از این واکسن­‌ها کار می­کنند. محققان پیشنهاد می­‌کنند که یک آنتی ژن مناسب می­‌تواند راهی امیدوار کننده برای تحریک سیستم ایمنی باشد.

تولید واکسن موثر ممکن است سال­‌ها طول بکشد. با این حال،  COVID-19 زندگی بشر را تهدید می‌­کند و در حال حاضر هیچ درمان هدفمندی ندارد. بنابراین برای جلوگیری از مرگ­ و میر بیشتر، بسیاری از آزمایشگاه‌­ها در سراسر جهان تلاش می­‌کنند تا جدول زمانی تولید واکسن را کوتاه کنند.

روند معمول تولید واکسن مراحلی از قبیل پردازش‌­های زیستی، کنترل کیفیت و… را شامل می‌­شود. برای انجام این مراحل استفاده از انواع دستگاه­‌های طیف سنجی مانند طیف سنج UV/Vis  یا اسپکتروفتومتر بسیار مناسب است. انجام این تحقیقات برای پیدا کردن واکسن موثر ضروری است.

واکسن­‌های در حال تولید برای  COVID-19 از چند ماده اصلی تشکیل شده‌­اند که معمولا برای ایجاد پاسخ سیستم ایمنی بدن مورد نیاز است.

سه ماده اصلی تشکیل دهنده واکسن

  1. اسیدهای نوکلئیک (DNA / RNA)
  2. پروتئین
  3. مواد افزودنی (به عنوان مثال مواد نگهدارنده)

زمان لازم برای تجزیه و تحلیل خصوصیات دقیق آنتی ژن مورد مطالعه، پروتئین، ویروس، باکتری و یا اسید نوکلئیک باید در حد امکان کوتاه شود تا واکسن ایده آل هر چه سریع‌­تر به بازار عرضه گردد. همان طور که قبلا اشاره شد یکی از بهترین روش­‌ها استفاده از انواع روش‌­های طیف سنجی است. این روش‌ها ابزار مهمی برای تعیین خاصیت دقیق، قابل اعتماد و سریع مواد هستند.

در حال حاضر از طیف سنج مرئی فرابنفش (UV-VIS spectroscopy) برای تجزیه و تحلیل انواع واکسن­‌های حیاتی از جمله آنفلوانزا و هاری استفاده می­‌شود. این فناوری برای جستجو واکسن COVID-19 نیز کاربرد دارد. در حال حاضر  پارامترهای متداولی برای واکسن­‌های موجود با استفاده از طیف سنجی UV/VIS تجزیه و تحلیل می­‌شوند.

در ادامه چند نمونه کاربردی به شما نشان می‌دهیم. این نمونه‌ها نشان می‌دهند که چگونه می‌توان در اجزای واکسن‌­های تولیدی از اسپکتروفتومتر برای کیفیت سنجی دقیق استفاده کرد.

  1. تیومرسال (Thiomersal): روش معمول برای کیفیت سنجی این ماده نگهدارنده در واکسن، به این صورت است که ابتدا آن را با حلال آلی (کلروفرم) مخلوط کرده و سپس میزان جذب لایه آلی در ۴۹۰ نانومتر را اندازه گیری می­‌کنند.
  2. فرمالین (Formalin): محتوای این عامل سم زدایی را می‌­­توان با استفاده از رنگ سنج و تجزیه و تحلیل واکنش فرمالین با یک ماده دیگر تعیین کرد. با این روش می­توان جذب آن را در ۶۲۸ نانومتر اندازه­ گیری کرد.
  3. فنول (Phenol): این ماده نگهدارنده واکسن می‌­تواند با ماده‌ای دیگر وارد واکنش شده و یک مجموعه رنگی را ایجاد کند. میزان جذب این کمپلکس را می­‌توان در ۵۵۰ نانومتر اندازه ­گیری کرد که با غلظت فنول موجود ارتباط داشته باشد.

می‌­توان نتیجه گیری کرد که طیف سنج­ UV / Vis می‌­تواند ابزاری مفید برای تحقیقات در حین تولید و سنتز واکسن کرونا باشد. هم‌چنین می­‌تواند در تجزیه و تحلیل خود ویروس‌­ها مورد استفاده قرار گیرد. این فناوری به توصیف سریع و دقیق ترکیبات اصلی واکسن، از جمله DNA ، RNA، پروتئین­‌های خاص و بازدارنده‌­های RNA کمک می­کند.

کاربرد طیف سنجی uv/vis در تحقیق واکسن کووید 19
شکل ۴: کاربرد اسپکتروفتومتری در واکسن کووید ۱۹

منبع خبر: https://zaya.io/e66gq

درمان بیماری‌های عصبی به کمک طیف سنجی رامان

در دانشگاه راتگزر یک سنسور زیستی ساخته شده است که می‌تواند سلول‌های عصبی و بنیادی را شناسایی کند. سلول‌‌های بنیادی می‌توانند به انواع مختلفی از سلول‌ها تبدیل شوند. در بیماری اختلال عصبی، سلول‌ها آسیب می‌بینند. به همین دلیل می‌توان سلول‌های بنیادی را جایگزین سلول‌های آسیب دیده کرد. در این حسگر یک زیر لایه طلا با گرافن کوت(coat) می‌شود. با تابش نور لیزر، پلاسمون‌های سطحی ایجاد می‌شود. در واقع پلاسمونیک‌های سطحی از طریق مکانیسم انتقال بار و اثر الکترومغناطیسی سیگنال رامان را تقویت می‌کنند (برای اطلاع بیشتر در این زمینه طیف سنجی افزایش یافته سطحی رامان را مطالعه کنید). با به کار بردن این روش سیگنال پراکندگی رامان دو برابر افزایش می‌یابد. محققان با استفاده از این ویژگی انواع ژن‌ها را شناسایی کرده‌اند.

یکی از محققان در این زمینه می‌گوید: «چالش اصلی، افزایش دقت و حساسیت سیگنال رامان است. با توجه به این‌که سلول‌ها، ژن‌ها یا پروتئین‌ها بسیار پیچیده هستند، دقیق بودن این روش مهم است. توسعه این فناوری چهار سال به طول انجامیده است. هم‌چنین ترکیب این حسگر و طیف سنجی رامان پتانسیل زیادی برای تجزیه و تحلیل انواع برهمکنش‌ها در سلول‌های بنیادی دارد. علاوه بر این، فناوری بیوسنسور می‌تواند به درمان بیماری‌های آلزایمر، پارکینسون و سایر اختلالات عصبی کمک کند.

درمان بیماری‌های عصبی به کمک طیف سنجی رامان
شکل ۵: درمان بیماری‌های عصبی به کمک طیف سنجی رامان

منبع خبر: https://zaya.io/i0iyd

عملکرد SERS برای تشخیص پلاکت خون

احتمالا می‌دانید که بیماری قلبی عروقی، دستگاه گردش خون را مختل می‌کند. این بیماری می‌تواند منجر به مرگ بیمار نیز شود. به همین دلیل تشخیص به موقع و جلوگیری از پیشرفت آن می‌تواند در علم پزشکی بسیار سودمند باشد. یکی از روش‌هایی که اخیرا برای این کار مورد استفاده قرار می‌گیرد، طیف سنج رامان ارتقا یافته سطحی (Surface enhanced raman spectroscopy) یا SERS است. این مطلب می‌تواند دانش شما را در این زمینه افزایش دهد.

طیف سنجی رامان در حال حاضر به عنوان یک روش تشخیص جدید در بسیاری از زمینه‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال از این روش می‌توان برای شناسایی نشانگرهای بیماری قلبی عروقی استفاده کرد. گروهی از دانشمندان از طیف سنجی رامان به منظور مطالعه پلاکت‌های بیماران مبتلا به بیماری قلبی عروقی استفاده کرده‌اند. این گروه توانسته‌اند طیف رامان افراد بیمار با سالم را مقایسه کنند. آن‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که این روش می‌تواند در تشخیص بیماری‌های مرتبط با پلاکت خون به کار برده‌ شود.
طیف رامان در این زمینه سیگنال ضعیفی دارد. بنابراین، این تیم از طیف سنجی رامان ارتقا یافته یا SERS استفاده می‌کنند تا این ضعف بهبود یابد. در این آزمایش پلاکت خون افراد سالم و افرادی که داروی رقیق کننده خون مصرف می‌کنند، مورد مطالعه قرار گرفته است. مقایسه طیف رامان این گروه تفاوت‌هایی را در مناطق مختلف نشان می‌دهد. به عنوان مثال شدت سیگنال در گروه افراد بیمار تغییر کرده است که این تغییرات ناشی از پایه لیپیدی غشا پلاکت است. این گروه همچنان در این زمینه مطالعه می‌کنند تا اطلاعات بیشتری از طیف رامان افراد بیمار استخراج کنند. این روش تا حد زیادی می‌تواند به تشخیص بیماری کمک کند. همچنین به کمک طیف سنجی رامان می‌توان پیشرفت بیماری را کنترل و خطرات احتمالی بیماری‌های قلبی عروقی را شناسایی کرد.

سرز در تشخیص پلاکت خون
شکل ۶- عملکرد SERS در تشخیص پلاکت خون

منبع خبر: https://zaya.io/fpeuy