مقاله ای از حمید رقمی/ تله هایی از جنس DNA برای به دام انداختن ویروس ها

بسپار/ایران پلیمر برای مقابله با بیماری های عفونی ناشی از باکتری ها از آنتی بیوتیک ها استفاده  می شود، این در حالی ست که  برای درمان بیماری های ناشی از ویروس ها (تاکنون) داروی موثری پیدا نشده و این واقعیت با وقوع پاندمی کورونا، یک بار دیگر به اثبات رسید. دستیابی به داروها، محصولات و روش ها ی موثر برای مبارزه با ویروس ها درکل و بطورخاص ویروس کورونا،  نسبتاً پیچیده و بغرنج است. برخی از داروها مانند رمدسیور یا دگزامتازون نیز، اگرچه که آلام این بیماری نوپدید را کم و بیش کاهش می دهند. ولی به عنوان داروی موثردر مقابل این بیماری فاقد اثرات لازم می باشند. درآنچه که به واکسن برای پیشگیری از بیماری مربوط می شود نیز باید گفت که اگر چه واکسن های مناسب در مقابل ویروس کووید- 19 و برخی از ویروس های بیماری زای دیگر، موثر واقع  می شوند و  می توان بیماری ها ی  ناشی از برخی از ویروس ها را   به کمک واکسن های مناسب پیشگیری کرد ، ولی طراحی و ساخت این واکسن ها در کل پردردسر و نسبتاً پر هزینه است. آنتی بادی ها  نیز اگرچه برای پیشگیری و کم و بیش مقابله با بیماریِ ناشی از ویروس کورونا SARS-CoV-2  ، کمک کننده هستند، ولی معمولاً در موارد خاص مورد استفاده قرار می گیرند و یک نقطه ضعف اساسی نیز دارند و آن قیمت بسیار بالای آن ها می باشد که استفاده گسترده و بخصوص عمومی از آن ها را عملاً ناممکن می کند.
به این پست وبلاگ با عنوان ”  باکتری ها و ویروس ها، مشترکات و تفاوت ها ” نیز در صورت تمایل نگاه کنید !

 

تله هائی که ویروس ها را شکارمی کنند
شروع این ماجرا به  سال 1962 بر می گردد. درآن سال پژوهشگران بیولوژی و بیو فیزیک Donald Caspar و Aaron Klug مشترکاً کشف کردند که ساختار حفاظ پروتئینی  ویروس ها براساس قانونبندی های کاملاً دقیق هندسی بنا شده است.
در تابستان سال  2019 یک تیم تحقیقاتی بین المللی این سوال را مطرح کرد که آیا می توان بر اساس یافته فوق،  ذراتی توخالی در ابعاد ویروس ها تهیه کرد؟ تیم تحقیقاتی مذکور سپس تلاش خود را براین مسیر بنا نهاد که درصورتیکه جواب سوال فوق مثبت باشد، “باید قاعدتاً  بتوان از یک (نیم) کُره توخالی یا چیزی شبیه آن  به عنوان یک تله برای به دام انداختن ویروس ها استفاده کرد”
جامه عمل پوشاندن به یک چنین ایده ای می تواند به گفته تیم تحقیقاتی  مذکور” یک استراتژی کاملاً جدید برای درمان بیماری های ناشی از ویروس ها بطور عام و بخصوص برای مقابله با ویروس کورونا را در دستور کار قرار دهد”.  برای عملیاتی کردن این ایده، تیم بین المللیِ تحقیقاتی به سرپرستی کریستین زیگل  Christian Sigl از دپارتمان فیزیک دانشگاه صنعتی مونیخ  با مشارکت  مرکز موسسه علمی هلم هولتز Helmholtz Zentrum در مونیخ (آلمان) و با پشتیبانی  Seth Fradenو Michael Hagan از دانشگاه  Brandeis University (USA) کار خود را شروع کرد.تیم مذکور در ابتدای کاربرآن شد که یک ساختار نانوئی (نیم) کُروی (توخالی)از ماده ژنتیکی دی اِن اِی با ابعاد مناسب و قابل مقایسه با اندازه ویروس ها طراحی و تهیه کند که قادر باشد به عنوان یک تله، ویروس ها را “شکار” کرده و بی خطر سازد. در این طراحی از روشی استفاده شد که به “اوریگامی*” (Origami) معروف است و در آن از رشته های دی اِن اِی بدون آنکه بُرش داده شود، ساختارهای مورد دلخواه ایجاد می شود.
*”اوریگامی” یا “کاغذ تا شده” به معنی  استفاده از( هنر) تا کردن کاغذ و فرم دادن آن به صورت های  مختلف برای به وجود آوردن اشکال و اشیای تزیینی و…می باشد.

نیم کُره هائی تو خالی از جنس ماده ژنِتیکی
نیم کُره هائی در ابعاد  نانوئی از جنس دی اِن اِی می توانند ویروس ها را به خود متصل کرده و بی خطر سازند.این فرایند  بخصوص زمانی که سطوح داخلی نیم کُره ها با آنتی بادی ( به رنگ آبی در تصویر اصلی) پوشانده شده باشد ، آسان تر صورت می گیرد. بر این اساس می توان در آینده امیدوار بود که تله های بیو مکانیکیِ بسیار ریز از جنس دی اِن اِی ، به مقابله با ویروس ها بپردازند.  محققان مذکور ساختارهائی شبیه به نیم کُره های توخالی ِ نانوئی از ملکول های ژنتیکی طراحی کردند که به اندازه کافی بزرگ هستند که قادر به احاطه کردن ویروس ها باشند. درون این تله ها ، آنتی بادی جاسازی می شود که ویروس ها را به خود جذب کرده و متصل می کند. این “تله ها” قادر بودند در تست های آزمایشگاهی، ویروس هپاتیت و آدِنو ویروس ها* را تقریباً بطور کامل خنثی کنند.گزارش این پروژه تحقیقاتی در نشریه تخصصی  Nature Materials منتشر گردیده است.
* آدنوویروس‌(ها) (Adenovirus) : خانواده‌ای از ویروس های دارای دی اِن اِی دو رشته‌ای خطی هستند. این ویروس‌ها اندازه‌ای  بطور متوسط ۹۰تا ۱۰۰ نانومتروکپسیدی با آرایش بیست ‌وجهی داشته و فاقد پوشش ویروسی می باشند. (ویکی پدیا فارسی)

تَله هائی از جنس دی اِن اِی با ابعاد نانوئی
تیم تحقیقاتی برای طراحی تله های شکار کننده ویروس، تعداد زیادی رشته های دی اِن اِی را به واحدهائی سه ضلعی درآورده و به یکدیگر متصل کرد. نقاط اتصال سه ضلعی ها به نوعی بود که صفحات ایجاد شده بطورخودکار، حفره ها یا نیم کُره هائی توخالی تشکیل می دادند. کریستیَن زیگلChristian Sigl  (سرپرست تیم)در این زمینه اظهار داشت :
” ما درحال حاضر قادریم اشیائی با تا 180 واحدِ اولیه و با بازدهی تا 95% بسازیم ، اگرچه که این مسیر بسیار سنگلاخ است”
هندریک دیتز ز Hendrik Dietz (پژوهشگر و استاد  نانوتکنولوژی بیوملکولار) یکی دیکر از محققان گروه اضافه می کند :
” ساختار حفره ها مشابه بیست وجهی (ایکوساهدرون) و به نوعی همخوان با اندازه و فرم بسیاری از ویروس ها ست، زیرا کاپسید یا حفاظ داخلی ویروس ها ی مورد بررسی نیز یک فرم بیست وجهی یا ایکوساهدرون دارد”. در توضیحات ارایه شده توسط هندریک دیتز ز همچنین آمده است که ” این ذرات  ساخته شده از دی اِن اِی از بیست واحد از صفحات سه ضلعی تشکیل شده اند و ابعاد داخلی آن ها حدود  280 نانومتراست که برای جاگیری بسیاری از  ویروس ها کفایت می کند، اگرچه که طراحی و ساخت حفره هائی با این مشخصات، یک چالش بزرگ برای ما بود. ولی نتایج حاصل از این طراحی و ساخت حاکی از آن بود که حتی یک نیم پوسته با ابعاد مذکور، یک کاهش قابل اندازه گیری از فعالیت ویروس ها را نشان می دهد. حال ودر صورتیکه در سطح داخلی این نیم پوسته، جاگذاری و اتصال آنتی بادی مناسب در پنج نقطه (مورد نظر) صورت گیرد، می توان فعالیت ویروس ها را تا حدود 80% بلوکه کرد و با افزایش این نقاطِ اتصال حتی به یک بلوکادِ 99 %  ویروس ها دست یافت”

ثبات دهی به ذرات متشکل از دی اِن اِی
به گفته کریستین زیگل Christian Sigl سرپرت تیم “در ادامه کار و جهت جلوگیری از تجزیه و از دست رفتن ساختارهای متشکل از دی اِن اِی، این ساختارها در مخلوط با پلی اتیلن گلیکول و اولیگو لیزین، تحت تابش اشعه یو وی (UV) قرارداده شدند. این ذرات شکل داده شده در سِرُم موش حدود 24 ساعت  بدون هیچ گونه تغییری دوام آوردند. لازم به ذکر است تست های انجام شده روی آدنو ویروس ها ، ویروس های هپاتیت B (در محیط های کشت آزمایشگاهی)، نتایج بسیار خوبی داشتند”
در خاتمه و به گفته خانم اولریکه پروتزر Ulrike Protzer از  مرکز تحقیقات (بیماری های ) عفونی در مونیخ  “در صورتیکه ایده  مطرح شده و در پی آن تلاش های صورت گرفته در عمل محقق شده و مقابله  با ویروس ها به صورت مکانیکی  انجام پذیر گردد، می توان امیدواربود که این روش، در مسیر پیش رو برای مقابله  با “ویروس های جدید” نیز را هگشا باشد.”