دانلود مقاله پدر درخت‌سانها در فکر مهار مولکولهایش

پدر درخت‌سانها در فکر مهار مولکولهایش 26 جولای 2001- در سال 1979 تومالیا دریافت که چگونه مولکولها را شبیه درخت ترکیب کند، اما تاکنون نتوانسته‌است سرمایه‌ا‌ی برای انجام کارش پیدا کند.

دونالد تومالیا راهی برای کنترل مصنوعات پلیمری کشف کرده‌است.

درخت‌سانها همانند شاخه‌های یک درخت به صورت یکنواخت رشد کرده و هر بار تعداد آنها در قسمت نهایی هر شاخه دو برابر ‌شد.

نتیجه این بود که وی قادر به تولید ماکرومولکولهایی ناب شد که به‌نظر می‌رسد کاربردهای بی‌انتهایی در زمینه علم زیست‌شناسی داشته باشند.

اکنون این شیمیدان شرکت شیمیایی DOW می‌گوید،که برای تأسیس شرکت جدیدش در حال جذب سرمایه‌گذاران است.

این شرکت بنام Dendritic Sciences در آن آربور،میشیگان است.

تومالیا می‌گوید،که این شرکت به او کمک خواهدکرد تا به رؤیای بیست ساله‌اش که استفاده از کشف خود (که او از آن به درخت‌سان‌ها تعبیر می‌کند) برای هر چیزی از تحویل دارو گرفته تا ماشینهایی بسیارکوچک، جامه عمل بپوشاند.

اما در حدود 9 سال پیش نیز او چنین امیدی داشت که هرگز عملی نشد.

در سال 1992 سرمایه‌گذار شرکت Dendritech گفته‌بود که می‌خواهد درخت‌ سان‌ ها(dendrimers) را در مقیاس تناژ بسازد- هدفی که وسیله‌ا‌ی برای رسیدن به آن نداشت.

تومالیا شاخه‌ای بی‌نظیر از شیمی را یافته بود که توانایی زیادی برای حل مسائل پیچیده دانشمندان برای بازآفرینی طبیعت داشت.

درخت‌سان‌ها محصولاتی مصنوعی هستند که در مقیاس نانومتری ساخته می‌شوند.

خصوصیت بارز آنها، دقت آنهاست.

تومالیا و همکارانش بطور اتفاقی راهی برای ترجمه ساختارهای شاخه‌ا‌ی همانند درختان به ساختار های شیمیایی پیدا کردند و از اینجا نام "dendra" که یک کلمه یونانی به معنای درخت است، مطرح شد.

تومالیا می‌گوید: "من سعی می‌کردم تا شاخه یک درخت رادر پلیمرها تقلید کنم." اهمیت این کار اینجاست که تا آن موقع، استفاده از پلیمرها که چیزهای طولانی مانند مولکولهای سرکش استفاده‌شده در تولید پلاستیکها، رنگها و بعضی از لباسها هستند، در جهان تولیدات مصنوعی متداول شده‌بود.

پلیمرها خیلی نامنظمند و شامل مولکولهایی در یک محدوده از اندازه می‌شوند.

اما تومالیا راهی برای کنترل این مصنوعات پیدا کرده‌بود.

درخت‌سان‌ها بصورت یکنواخت و یک‌شکل (هربار تعداد انتهایی آنها دو برابر می‌شود) دقیقا" شبیه شاخه‌های یک درخت رشد پیدا می‌کنند و در هر دوره از رشد جرم آنها دو برابر می‌شود.

نتیجه کار موجب پیدایش توانایی تولید دقیق مولکولهای بزرگ، دقیق و ناب بود.

کشف 1990 تومالیا موجب حیرت دانشمندان شد.

کاربردهای فراوان بزرگترین درخت‌سانها که می‌توانند به اندازه پروتئین‌ها در سلولهای زنده باشند، تومالیا را متحیر ساخت .

درخت‌سانها می‌توانند در ساخت کپسولهای بزرگ برای تحویل دارو(Drug Delivery) یا ساخت ماشینهای خیلی کوچک استفاده شوند.

ولی فقط یک مسأله وجود داشت که مسأله‌ای مهم در دنیای کوچک بود.

سرمایه لازم برای تولید درخت‌سانها خیلی زیاد بود، در نتیجه تولید آن از نظر اقتصادی به‌صرفه نبود.

تومالیا هنوز می‌خواهد درخت‌سانها را در مقیاس تنی بسازد.

روبرت نواک- رئیس اجرایی مؤسسه (غیر انتفاعی) مولکولی میشیگان (MMI) -می‌گوید: "تولید درخت‌سانها به‌طور باورنکردنی گران است.

آنها دانشمندان و شیمیدانها را که تاکنون این ساختارها را ندیده‌بودند، متحیر می‌کردند.

اما ما را هم با مشکلات زیادی مواجه می‌کردندتا بفهمیم آنها برای چه مفید هستند." از آنجایی که درخت‌سانها در چند مرحله تولید می‌شوند، خیلی گرانقیمت اند.هرچه درخت‌سان بزرگتر باشد، زمان زیادتری برای رشدآنها لازم است.

برای مثال برای تولید درخت‌سان نسل دهم حدود 22 واکنش شیمیایی مختلف لازم دارد، که این امر حدود 3 ماه طول می‌کشد و این زمان نیز هزینه بر است .

او می‌گوید: "شما استطاعت مالی انجام ژن‌درمانی یا آمینو سنجی(amino assays) را نخواهیدداشت." بطور مثال نواک تخمین می‌زند که برای تولید هر پوند از درخت‌سان چهار پلی‌آمیدوآمین (یک نام تجاری برای یک نوع محصول با امکان کاربرد در سیستم تحویل دارو) حدود 15 هزار دلار لازم است.

دکتر جیمزبیکر، رئیس آلرژی وایمنی‌شناسی دانشگاه میشیگان کارهایی روی درخت‌سانهای مربوط به تحویل دارو انجام می‌دهد.

او می‌گوید: "این یک تحقیق در حال رشد است." او ادامه می‌دهد که اکنون بیشتر کار در یک سطح در حال تولد است: "ما ادعا نداریم که این موضوع یک مساله انفجارگونه است." تومالیا مصمم است، تا ثابت کند که این پدیده یک امر مفید است.

تومالیا قبل از تحصیل در دانشگاه ، از مزرعه درختی به اندازه 43590 فوت مربع نگهداری می‌کرد.

او می‌گوید: "شاخه‌های درختان همیشه مرا مجذوب خود می‌کردند.

من درختان را موقعی که نوجوان بودم رشد داده‌ام." تومالیا می‌گوید: "من سعی می‌کنم از شاخه‌های یک درخت در پلیمرها تقلید کنم." او مجذوب مولکولهای مصنوعی شده‌است.

تومالیا می‌گوید: "ما اختراعهای ثبت‌شده زیادی در DOW داریم." طبق گفته تومالیا، DOW آن موقع توجه نداشت که چگونه درخت‌سانها ارزش خود را از نظر اقتصادی پیدا می‌کنند.

تومالیا می‌گوید: "من واقعا" به این فناوری ایمان دارم، بنابراین برای ادامه تحقیقاتم درخواست مرخصی کردم." این تصمیم، او را به سمت MMI (که اولین پیشنهاد تجاری را به او داد) کشاند.

در سال 1992 او شرکت Dendritech را تأسیس کرد.

Dendritech زیر نظر MMI بود و از DOW جواز ساخت و فروش انواع خاصی از درخت‌سانها را داشت.

نواک می‌گوید: "اما سال گذشته، شرکت Dendritech بسته شد و DOW دارایی‌ها و امتیازات این شرکت را که شامل سرپرستی اختراعهای ثبت‌شده اصلی که مجوز آن در سال 1991 به MMI داده‌شده و نیز فناوری جدیدی که با مشارکت شرکت Dendritech ساخته شده بود، را پس گرفت." اکنون تنها فعالیت اقتصادی شرکت Dendritech ، فروش یک ماده افزودنی (که به میزان خیلی کم در جوهر چاپگر استفاده می‌شود) می‌باشد.

نواک می‌گوید: " هنوز دو شرکت از آن ماده استفاده می‌کنند.

به‌نظر می‌رسد که این ماده بعضی از خصوصیات نوشتنی جوهر را (مخصوصا" در محیط خیلی مرطوب) بهبود می‌بخشد." تومالیا تمایل ندارد با شرکت Dendritech کار کند.

اخیرا" نیزگفتگویی با DOW داشته‌است.

تومالیا می‌گوید، این شرکت بزرگ شیمیایی به او امتیازاتی برای کاربرد علمش در درخت‌سانها داده‌است.

در عوض او از امتیاز رویالتی آن در آینده که برای خود قائل بود، صرف‌نظر می‌کند.

او می‌گوید: "من از آن امتیازات صرف‌نظر می‌کنم، در عوض آنها امتیازات دیگری به من می‌دهند." و این باعث می‌شود که اصول علوم درخت‌سانها پایه‌گذاری شود.

تومالیا در کنفرانس نانوتکنولوژی در ساندیاگو گفت: "ما انتظار داریم که تا پایان امسال نخستین واحد تولیدکننده درخت‌سانها افتتاح شود."او در مورد سرمایه اولیه می‌گوید: "ما برای گرفتن چندین میلیون در حال گفتگو هستیم و احساس می‌کنیم که آن را بدست خواهیم‌آورد." تومالیا در طول کنفرانس در مورد کاربرد بیوپزشکی یک نوع خاص از درخت‌سانها که همه خواص پروتئین‌ها را دارد توضیح داد.

تومالیا می‌گوید: "این فناوری واقعا" فوق‌العاده است، من بسیار هیجان زده هستم." فناوری مهره‌های کوانتومی در حال پیشرفت 27 سپتامبر 2001، پیتسبورگ- شرکت Launchcyte می‌گوید, از تصمیمش برای تجاری‌کردن فناوری "مهره‌های کوانتومی" دانشگاه ایندیانا در راستای شتاب‌دهی به کشف دارو و تشخیص‌های کلینیکی، مطمئن است.

Launchcyte اولین شرکت ملی است که زمینه کارش منحصراً به تجاری‌نمودن فناوریهای بیوانفورماتیک دانشگاهی مربوط می‌شود، و با محققین و دانشگاه در مورد مطالعه ایجاد یک شرکت تازه در مورد این فناوری پایه، کار می‌کند.

فناوری اختراع‌شده توسط دکتر شومینگ‌نای، دکتر مینگ‌یونگ‏‌هان و دکتر شیااوهوگااو، عملاً "کدگذاری میله‌ا‌ی" مولکولهای زیستی مانند DNA ، RNA و پروتئین‌ها را میسرمی‌سازد.

همانطور که در بسیاری از مجلات، از جمله شماره جولای 2001 Nature BioTechnology گزارش شده ‌است, با این فناوری, مهره‌های خیلی کوچک پلی‌استایرن (با قطری در حدود یک میکرون)، با تراشه‌های بلوری فلورسنت موسوم به مهره‌های کوانتومی (Quantum bead) اشباع می‌شوند.

با تغییردادن تعداد و اندازه این مهره‌های کوانتومی- که در هرکدام ازمیکرو مهره‌ها به صورت یک دسته مرتب درآمده‌اند- می‌توان آن را به صورت یک امضاء منحصربه‌فرد نوری درآورد.همچنین می‌توان با جذب کردن مولکولهای بزرگ زیستی همچون قطعات DNA یا پادتن‌ها در روی این مهره‌ها، شمار زیادی از مولکولهای زیستی موجود در یک محلول را فهرست بندی کرد.

دکتر نای، محقق و استاد شیمی در دانشگاه ایندیانا, در بلومینگتون می‌گوید: "فناوری کدگذاری نوری کاربرد عملی نانوتکنولوژی در تحقیقات بیوپزشکی را به نمایش می‌گذارد.

ما در این فناوری از خواص بی‌نظیر نوری نانومواد نیمه‌هادی استفاده کرده‌ایم و بسیاری از مشکلات رنگهای آلی را حل کرده‌ایم." پروژه Launchcyte از تسهیلات مؤسسه فناوری و تحقیقات پیشرفته دانشگاه ایندیانا (ARTI) برخوردار شده‌است.

رون هنریکسن، مدیر ARTI می‌گوید: " با توجه به تشکیل شرکت جدید Launchcyte در ارتباط با کارهای دکتر نای، ما مایل به همکاری با آن هستیم.

این کار مانند فناوری‌های جدید کمک خواهدکرد تا در ابداع داروهای جدید و بهبودبخشیدن به سلامت انسان جلو برویم." دانشگاه ایندیانا از جمله مکانهایی است که در جهت پیشرفت علمی دانشکده‌هایش در خصوص دانش بیوانفورماتیک و ارتباط تحقیقات دانشگاهی با بازار فعالیت می‌کند.

Launchcyte در مورد امکان‏سنجی فنی و تجاری کاربردهای مختلف این فناوری مانند:پروتئومیک با سرعت خیلی زیاد, آنالیز ابراز ژن و شناسایی و نقشه‌خوانی پلی‌مورفیسم نوکلئوتید منفرد (SNPs) و محیط‌های رنگ‌زنی پیچیده برای معین‌کردن همزمان هزاران علامت سطحی سلول تحقیق می‌کند.

دکتر جاناتان کافمن، مدیر علمی Launchcyte می‌گوید: ”پیشرفت فناوری دکتر نای، معرف انقلابی در نحوه جمع‌آوری اطلاعات زیستی است و اندازه‌گیری همزمان هزاران برهم‌کنش زیستی را در مواردی -که تا حالا فقط چندتا از آنها قابل انجام بود- ممکن می‌سازد.

فناوری‌های انقلابی تولید اطلاعات زیستی در بازار ارزش زیادی دارند؛ به همین دلیل است که ما به فکر ایجاد یک شرکت تازه با همراهی دانشگاه ایندیانا و مخترعین آن افتادیم.“ شرکت Launchcyte در مرکز بیوتکنولوژی پیتسبورگ مستقر است و در مواردی که صرفه داشته باشد,به‌جای مجوزدهی (لیسانس) به شرکتهای مهندسی پزشکی تازه تأسیس‌شده, شرکتهای بیوانفورماتیک جدیدی را در ارتباط با فناوری‌های تحت لیسانس دانشگاه ایجاد می‌کند.

More Wood Molecular Inc.

از شرکتهای اقماری Launchcyte است.

این شرکت در مورد سکوی آزمایش در مقیاس بسیار وسیع فعالیت آنزیم, یک مجوز جهانی انحصاری دارد, که در دانشگاه پنسیلوانیا تحقق یافته‌است.

ساخت کپسولهای در حد اتم 4 اکتبر 2001- محققین در مؤسسه فناوری کرک ایرلند، یک کپسول رهایش دارو را طراحی کرده‌اند که ابعادش در حدودیک‌هزارم قطر موی انسان تا چند اتم می‌باشد.

این کپسول را می‌توان به خون تزریق کرد، تا در آن حل شده و دارو را آزاد کند, یا می‌توان آن را به عضو خاصی از بدن نشانه‌گیری کرد.

یکی از اساتید ارشد مؤسسه فیزیک کاربردی و ابزار دقیق، به نام لیام مک‌دونل درحال تحقیق بر روی ساخت کپسولی است که اندازه آن در حد میکرو (به اندازه سلولهای خون) باشد و سپس بتواند آن را به حد نانو تبدیل کند.

تیم او، از فناوری ساخت نوری (Photofabrication)برای ساخت این کپسول استفاده کرده‌است.

در این تکنیک، با تابش طول موج مشخصی از نور به مایع - با ایجاد یک ساختار سه بعدی- می‌توان مایع را به جامد تبدیل کرد.

این کپسول‌ها را می‌توان در اشکال مختلف تولیدکرد، ولی باید به حدی کوچک باشند که بتوانند بدون اینکه باعث لخته‌شدن خون شوند، از مویرگها عبور کنند.

مک‌دونل می‌گوید:” هدف ما تولید این کپسولها به اندازه یک‌پنجم سلولهای خون می‌باشد.“ (لازم به‌ذکر است که اگرچه سلولهای خون بزرگتر از این کپسول پیشنهادی می‌باشند، ولی کاملا" انعطاف‌پذیر بوده و به راحتی از سوراخها و منفذهای ریز عبور می‌کنند).

هنگام ساخت این کپسولها، می‌توان مواد و داروهای موردنظر را درون آنها قرار داد, تا پس از اینکه به خون تزریق شد، در خون حل شده و دارو را آزاد کنند.

روش تزریق مستقیم کپسول به عضو مصدوم بدن را می‌توان از طریق تکنیکهای پیوندی معمولی انجام داد.

بدین نحو، پادتنی که کار آن دفاع از بدن در مقابل آنتی‌ژنها (از قبیل سموم و مواد خارجی) می‌باشد، بعنوان روکشی روی کپسول قرار گرفته و سپس به بدن تزریق می‌شود.

از آ نجاییکه این پادتن یک نوع آنتی‌ژن را در بدن تشخیص می‌دهد، با این روش کاملا" اطمینان حاصل می‌شود که دارو به قسمت موردنظر بدن انتقال یافته است.

زمانیکه کپسول به نقطه موردنظر بدن رسید، راهها و طرق مختلفی برای تخلیه مواد درون کپسول وجود دارد.

تخلیه دارو می‌تواند بریک مبنای زمانی، فرضا" 2 روز بعد از ورود کپسول به بدن و یا از طریق محرکهای بیرونی مانند امواج ماوراء صوت و غیره صورت گیرد.

دکتر مک ‌دونل می‌گوید: ” پتانسیل ساخت این نوع کپسول‌ها با این فناوری,بسیار وسیع است.

محققین سعی می‌کنند فرآیند و ابزارهای تولید را توسعه دهند تا این اشیاء را در حد نانو بسازند.

او می‌گوید: ” اصول و قواعد کاملا" مشخص می‌باشد.

ما علاوه بر مواد، ابزار را نیز داریم، ولی مشکل ما کوچکترنمودن آنها به حد نانو است.“ صنعت تولید دارو، یکی از صنایع بالقوه در برنامه تحقیقاتی و علوم می‌باشد که مؤسسه علوم زیستی ایرلند نیز در این زمینه فعالیت می‌کند.

این مؤسسه درحال بررسی تولید محصولات نانومتری است.

فرآیندی که شامل دو روش”بالا به پایین“ و ”پایین به بالا“ می‌شود.

در روش بالا به پایین، محصولات در اندازه‌های بزرگ تولید شده، سپس کوچک می‌شوند.

ولی در روش پایین به بالا، چیده‌شدن و ساخت آنها به صورت اتوماتیک است، مانند بشر که در بدو تولد از جزء به کل تبدیل می‌شود.

این مؤسسه، درحال ترکیب روشها برای دستیابی به روش -به گفته مک‌دونل- مخلوط است.

بدین صورت که با ساخت پیوندهای محکم بین پادتن‌ها و آنتی‌ژنها، بتواند محصولاتی نانومتری تولید کند.

این سطوح که یکی از آنها با یک پادتن روکش‌شده و دیگری با آنتی‌ژن، به