استفاده از حسگرهای زیستی برای تشخیص سرطان

سرطان دومین عامل مرگ و میر بشر پس از بیماری‌های قلبی عروقی است. عوامل ژنتیکی، محیطی، عادات غذایی و سبک زندگی از مواردی هستند که در بروز این بیماری نقش دارند. با افزایش نرخ مرگ و میر ناشی از سرطان در جهان، نیاز بشر به پیشرفت‌ تکنولوژی برای تشخیص بهتر و سریع‌تر آن افزایش پیدا کرد. یکی از فناوری‌های در حال رشد در این زمینه طراحی بیوسنسور یا حسگر زیستی برای شناسایی نشانگرهای زیستی (بیومارکرها) مربوط به سرطان است که در ادامه بیشتر با این موارد آشنا می‌شویم.

چالش اصلی درمان سرطان

علیرغم پیشرفت‌های اخیر تکنولوژی، همچنان تشخیص دیرهنگام، دلیل اصلی مرگ بیماران سرطانی است؛ زیرا هر چه سرطان زودتر تشخیص داده شود، شانس درمان آن بیشتر است. سرطان یک بیماری چند مرحله‌ای است و طیف وسیعی از تغییرات ژنتیکی و اپی ژنتیکی را به دنبال دارد که سبب اختلال در سیگنال‌دهی سلولی می‌شود.

روش‌های مرسوم از جمله تصویربرداری با MRI، نمونه‌برداری و سونوگرافی به دلیل وابستگی به ویژگی‌های تومور برای تشخیص سرطان در مراحل اولیه کارآمد نیستند. این عوامل سبب شده است که تشخیص این بیماری با روش‌های مرسوم در مراحل ابتدایی با دشواری‌های زیادی همراه باشد. به همین دلیل توجه محققان به توسعه روش‌های پیشرفته‌تر برای تشخیص این بیماری جلب شد. یکی از این روش‌ها شناسایی بیومارکرهای سرطان به وسیله حسگرهای زیستی است.

نشانگر زیستی یا بیومارکر چیست؟

مؤسسه ملی سرطان ایالت متحده آمریکا (NCI) نشانگر زیستی یا بیومارکر را به عنوان یک مولکول بیولوژیکی که در خون، مایعات بدن یا بافت‌ها یافت می‌شود و نشان‌دهنده یک فرآیند طبیعی یا غیرطبیعی یا یک وضعیت خاص مانند یک بیماری می‌باشد، تعریف کرده است.

به عنوان مثال در مورد بیماری سرطان تغییر در سطح یا وجود و عدم وجود بیومارکرهای خاص در یک سلول نشانه‌ ایجاد تغییر در وضعیت سلول‌های سرطانی و استیج سرطان است. بیومارکرها ممکن است پروتئین، آنزیم، نوکلئیک اسید یا هورمون باشند. یک مثال در این زمینه، آنزیم متالوپروتئیناز است که هنگام متاستاز سلول‌های سرطانی ترشح آن افزایش می‌یابد؛ بنابراین هرچه این آنزیم بیشتر ترشح شود، نشان‌دهنده آن است که متاستاز بیشتری در حال اتفاق افتادن است. برای بررسی کردن این بیومارکرها از حسگر زیستی استفاده می‌شود.

به این ترتیب این نشانگرهای زیستی در طول سرطان دستخوش تغییرات مهمی می‌شوند و می‌توانند به پایش و تشخیص زودهنگام بیماری کمک کنند. بیومارکرهای مربوط به سرطان به طور بالقوه یکی از ارزشمندترین ابزارها برای تشخیص زودهنگام سرطان، مشخص کردن گرید سرطان، تعیین پاسخ سرطان به شیمی درمانی و نظارت بر پیشرفت بیماری هستند. این نشانگرهای زیستی معمولاً در مایعات انسانی مانند خون، سرم، ادرار یا مایع مغزی نخاعی شناسایی می‌شوند؛ اما می‌توانند در سلول‌های تومور نیز وجود داشته باشند.

شناسایی نشانگرهای زیستی سرطان

شناسایی نشانگرهای زیستی از مایعات مختلف بدن مانند ادرار، خون و بزاق با روش‌های بالینی مرسوم به غلظت آن‌ها بستگی دارد. از طرفی روش‌های رایج شناسایی آن‌ها، زمان‌بر و پرهزینه است و در غلظت‌های پایین که نیاز به دقت بالا داریم، احتمال خطا بالاست. به همین دلیل در مراحل اولیه سرطان تمایل داریم که از سیستم‌های تشخیص سریع و بسیار حساس استفاده کنیم. به همین منظور استفاده از بیوسنسور ها یا حسگرهای زیستی برای بررسی این نشانگرها مورد توجه قرار گرفت.

حسگر زیستی یا بیوسنسور چیست؟

حسگر زیستی یا بیوسنسور دستگاهی است که با عناصر بیولوژیکی برهمکنش‌های مولکولی خاصی دارد. به عبارت دیگر این حسگرها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بتوانند تنها با یک مادهٔ خاص واکنش نشان دهند. به این ترتیب از آن‌ها برای شناسایی مواد مختلف و تعیین غلظت آن‌ها استفاده می‌شود.

این دستگاه‌های کوچک می‌توانند واکنش‌های بیوشیمیایی را کمی کنند و در پاسخ به غلظت ماده شیمیایی مدنظر، پیام‌هایی در قالب سیگنال تولید کنند. در تصویر زیر حسگرهای زیستی طراحی شده در قالب LOC قابل مشاهده است. این حسگرها فناوری نسبتا جدیدی هستند که در این زمینه امیدوارکننده می‌باشند.

اجزای بیوسنسورها

بیوسنسورها معمولاً شامل اجزای زیر هستند:

• آنالیت: ماده‌ای که نیاز به شناسایی دارد.
• عنصر تشخیص دهنده: مولکولی که آنالیت را تشخیص می‌دهد.
• مبدل: برای تبدیل انرژی به سیگنال
• قسمت‌های الکترونیکی: برای پردازش سیگنال مبدل
• صفحه نمایش: برای ارائه تصویر، نمودار یا جدول

حسگر زیستی برای تشخیص سرطان

حسگرهای زیستی را می‌توان برای تشخیص نشانگرهای زیستی (بیومارکرها) سرطانی، طراحی و استفاده کرد. فناوری حسگرهای زیستی پتانسیل تشخیص سریع و دقیق سرطان، تصویربرداری از سلول‌های سرطانی، نظارت بر رگزایی و متاستاز و تعیین اثربخشی عوامل شیمی درمانی را دارد. البته همچنان استفاده از آن با موانعی روبرو است.

حسگرهای زیستی در طیف وسیعی از حوزه‌ها از پزشکی گرفته تا صنایع دفاعی کاربرد دارند. تاکنون، از آن‌ها برای سنجش گلوکز خون به طور گسترده استفاده شده است. آن‌ها همچنین پتانسیل بالایی در زمینه‌های مختلف پزشکی به ویژه در تحقیقات سرطان نشان داده‌اند. ایده نظارت بر درمان سرطان با تکنیک‌ حسگرهای زیستی امیدی را برای درمان افراد ایجاد کرده است.

منبع

https://www.ncbi.nlm.nih.gov

https://cancerci.biomedcentral.com

https://medcraveonline.com

مقاله مرتبط: ۱۰ تکنولوژی پزشکی که می‌توانند آینده بشر را متحول کنند!