فناوري نانو

كشت سلول ابزاري بسيار كاربردي در بررسي سوالات پايه علمي و تحقيقاتي ترجمه است. مزيت استفاده از رده هاي سلولي در تحقيقات علمي، همگن بودن و تكرارپذيري مرتبط با آن در داده هاي توليد شده است. اين فصل اصول راه اندازي يك آزمايشگاه كشت سلولي و دستورالعمل هايي را معرفي مي كند كه ايمني پرسنل آزمايشگاه و همچنين سلول هاي كشت شده را تضمين مي كند. همچنين به آلاينده‌هاي ميكروبيولوژيكي بالقوه و نحوه اجتناب از آنها و همچنين شناسايي زودهنگام آنها مي‌پردازد. از آنجايي كه انتخاب يك رده سلولي خاص و شرايط كشت سلولي خاص به بازخواني روش مورد نظر بستگي دارد، اين فصل يك مرور كلي از اجزاي كشت سلولي رايج پستانداران و خواصي كه به يك ريزمحيط كشت سلولي مناسب كمك مي‌كند، ارائه مي‌كند. در نتيجه، اين فصل چندين تكنيك را بيان مي‌كند كه براي تكثير سلولي حياتي هستند و مي‌توانند به راحتي با تعداد زيادي از انواع سلول‌ها و روش‌هاي آزمايشي سازگار شوند.

واژه‌هاي كليدي: كشت سلولي، آسپسيس، سلول اوليه، آلودگي، محيط، مكمل‌ها، انكوباتور، سطح ايمني زيستي، گروه خطر، نگهداري
قابل اعتماد و متخصص:
معرفي
كشت سلول به روش هاي آزمايشگاهي اطلاق مي شود كه امكان رشد سلول هاي يوكاريوتي يا پروكاريوتي را در شرايط فيزيولوژيكي فراهم مي كند. منشا آن را مي توان در اوايل قرن بيستم يافت، زماني كه براي مطالعه رشد و بلوغ بافت، زيست شناسي ويروس و توسعه واكسن، نقش ژن ها در بيماري و سلامتي، و استفاده از رده هاي سلولي هيبريدي در مقياس بزرگ براي توليد داروهاي زيستي معرفي شد. كاربردهاي تجربي سلول‌هاي كشت‌شده به اندازه انواع سلول‌هاي قابل رشد در شرايط آزمايشگاهي متنوع است. با اين حال، در يك زمينه باليني، كشت سلولي معمولاً با ايجاد سيستم‌هاي مدلي مرتبط است كه زيست‌شناسي سلولي پايه را مطالعه مي‌كنند، مكانيسم‌هاي بيماري را تكرار مي‌كنند، يا سميت تركيبات دارويي جديد را بررسي مي‌كنند. يكي از مزاياي استفاده از كشت سلول براي اين كاربردها امكان دستكاري ژن ها و مسيرهاي مولكولي است. علاوه بر اين، همگني جمعيت‌هاي سلولي كلونال يا انواع سلول‌هاي خاص و سيستم‌هاي كشت به‌خوبي تعريف شده، متغيرهاي ژنتيكي يا محيطي مداخله‌گر را حذف مي‌كند و بنابراين امكان توليد داده‌هايي با قابليت تكرارپذيري و سازگاري بالا را فراهم مي‌كند كه نمي‌توان آن را هنگام مطالعه كل سيستم‌هاي اندام تضمين كرد.

قابل اعتماد و متخصص:
آزمايشگاه كشت سلول
ايمني آزمايشگاهي كشت سلولي
كاربرد هيجان انگيز تكنيك هاي كشت سلولي در تحقيقات زيست پزشكي مستلزم مديريت خطرات بالقوه مرتبط با عوامل عفوني موجود در سلول هاي كشت شده (مانند HBV يا HIV)، اما همچنين كنترل معرف هايي است كه مي توانند ماهيت سمي، خورنده يا جهش زا داشته باشند. اين خطرات بالقوه مي توانند در صورت وارد شدن به بدن (به عنوان مثال از طريق تماس پوست و غشاهاي مخاطي با مواد جامد، مايعات يا ذرات معلق در هوا) سلامت كاركنان آزمايشگاه را به خطر بيندازند و در صورت استفاده نادرست محيط را تهديد كنند.

قبل از شروع هر كار كشت سلول، كاهش يا حذف قرار گرفتن در معرض عوامل بالقوه خطرناك بايد اطمينان حاصل شود تا عفونت، بيماري زايي، واكنش هاي آلرژيك و تماس با سموم آزاد شده به حداقل برسد. اين را مي توان با آموزش دقيق پرسنل آزمايشگاه و اجراي روش هاي استاندارد كشت سلولي (جدول 9.1) به دست آورد، كه بايد به طور منظم توسط اعضاي آزمايشگاه و كميته ايمني مؤسسه بررسي و بازنگري شود. علاوه بر اين، هنگام كار با سلول‌هاي اوليه كه مستقيماً از بافت انساني جدا شده‌اند، غربالگري اهداكنندگاني كه سلول‌ها از آن‌ها مشتق شده‌اند براي پاتوژن‌هاي بيماري‌زا مهم است. ايمن سازي هاي به روز در برابر بيماري هاي عفوني مانند هپاتيت B نيز براي كاركنان آزمايشگاهي كه با سلول هاي اوليه كار مي كنند بسيار توصيه مي شود.

هنگامي كه مخروط تيلور تشكيل شد، جت مايع باردار به سمت كلكتور خارج مي شود. كلكتورها مي توانند صفحات تخت ثابت، درام هاي چرخان، سنبه ها و ديسك ها باشند، اما محدود به آن ها نيستند. بسته به ويسكوزيته محلول، الياف جامد با تبخير حلال از حركت شلاقي كه در طول زمان پرواز از مخروط تيلور به جمع كننده رخ مي دهد، تشكيل مي شود. نتيجه يك حصير اليافي غير بافته است كه روي كلكتور رسوب مي كند.

مقدمه اي بر فرآيند الكتروريسي
الكتروريسي يك تكنيك توليدي است كه شامل فرآيند الكترواستاتيكي است كه براي ايجاد الياف الكتروريسي استفاده مي شود. قطر اين الياف معمولاً بين ده‌ها نانومتر تا چند ميكرومتر است. يكي از مزاياي اصلي تكنيك الكتروريسي، تطبيق پذيري آن در پردازش براي ايجاد الياف با آرايش هاي متعدد و ساختارهاي مورفولوژيكي است. محبوبيت تكنيك الكتروريسي باعث شده است تا فناوري‌هاي متعددي مانند مهندسي بافت، پزشكي احياكننده و محصور كردن مولكول‌هاي فعال زيستي در دهه گذشته ظهور و تكامل پيدا كنند.

اين روزها تكنيك الكتروريسي فقط براي تحقيقات دانشگاهي نيست، بلكه يكي از كاربردهاي تجاري واقعي است. در حال حاضر، صنايع متعدد در سراسر جهان از اين تكنيك در توسعه نوآوري هاي محصول جديد استفاده كرده اند. برخي از كاربردهايي كه الكتروريسي در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرد مهندسي بافت (NanoAlignedTM، NanoECMTM، NanoCareTM، NanoMeshTM، Absorv®، TegadermTM)، دارورساني (Rivelin® Patch)، كپسوله كردن مواد غذايي، مواد عايق، تبديل و ذخيره انرژي، هوا و آب است. فيلتراسيون، از جمله.

نانوالياف الكتروريسي: بدون سوزن در مقايسه با پايه سوزني
دو روش براي ساخت نانوالياف از طريق تكنيك الكتروريسي وجود دارد: بدون سوزن و بدون سوزن. قبل از انتخاب روش مهم است كه مزايا و معايب هر دو را در نظر بگيريد.

در الكتروريسي بدون سوزن، محلول پليمري شروع به يك ظرف باز منتقل مي شود كه در آن الياف از يك سكوي ثابت يا دوار توليد مي شوند. توليد انبوه مواد يكي از مزاياي فرآيند الكتروريسي بدون سوزن است اما معايب زيادي نيز دارد. مورفولوژي و كيفيت الياف دقيقاً كنترل نمي شود، مواد خام قابل استفاده محدود است، كه به نوبه خود توليد الياف همه كاره را محدود مي كند و پارامترهاي فرآيند مانند سرعت جريان را نمي توان كنترل كرد.

در الكتروريسي مبتني بر سوزن، محلول پليمري شروع به طور معمول در يك مخزن بسته هوا قرار مي گيرد، اين امر تبخير حلال را به حداقل مي رساند و از آن جلوگيري مي كند. اين تفاوت مهم باعث مي شود تا طيف گسترده اي از مواد، از جمله حلال هاي فرار بالا، به راحتي پردازش شوند. مزاياي بسياري از الكتروريسي مبتني بر سوزن وجود دارد، از جمله انعطاف پذيري براي پردازش ساختارهاي مختلف مانند الياف هسته-پوسته و چند محوري. اين تمايز به تركيبات دارويي فعال (API) اجازه مي دهد تا در يك فيبر گنجانده شوند. مزاياي اضافي الكتروريسي مبتني بر سوزن، سرعت جريان، تعداد جت ها و به حداقل رساندن ضايعات محلول است. اين مزاياي الكتروريسي مبتني بر سوزن، محبوبيت اين تكنيك را افزايش داده است، و در نتيجه تعداد زيادي كار منتشر شده در مورد الياف الكتروريسي شده است كه تنوع گسترده اي از دستور العمل هاي محلول را ارائه مي دهد.

بيوتكنولوژي، استفاده از بيولوژي براي حل مشكلات و توليد محصولات مفيد. برجسته ترين حوزه بيوتكنولوژي توليد پروتئين هاي درماني و ساير داروها از طريق مهندسي ژنتيك است.

تاريخچه بيوتكنولوژي
مردم حدود 10000 سال است كه از اولين جوامع كشاورزي شروع به استفاده از فرآيندهاي بيولوژيكي براي بهبود كيفيت زندگي خود كرده اند. تقريباً 6000 سال پيش، انسان شروع به استفاده از فرآيندهاي بيولوژيكي ميكروارگانيسم‌ها به منظور تهيه نان، نوشيدني‌هاي الكلي و پنير و حفظ محصولات لبني كرد. اما چنين فرآيندهايي آن چيزي نيستند كه امروزه از بيوتكنولوژي استفاده مي شود، اصطلاحي كه براي اولين بار به طور گسترده در مورد فناوري هاي مولكولي و سلولي كه در دهه 1960 و 1970 شروع به ظهور كردند، به كار رفت. يك صنعت نوپاي «بيوتكنولوژي» در اواسط تا اواخر دهه 1970 شروع به ادغام كرد، به رهبري Genentech، يك شركت داروسازي كه در سال 1976 توسط رابرت سوانسون و هربرت دبليو بوير براي تجاري سازي فناوري DNA نوتركيب پيشگام بوير، پل برگ، تأسيس شد. و استانلي ان. كوهن. شركت هاي اوليه مانند Genentech، Amgen، Biogen، Cetus و Genex با توليد مواد دستكاري شده ژنتيكي عمدتاً براي مصارف پزشكي و زيست محيطي شروع به كار كردند.

براي بيش از يك دهه، صنعت بيوتكنولوژي تحت سلطه فناوري DNA نوتركيب يا مهندسي ژنتيك بود. اين تكنيك شامل پيوند دادن ژن يك پروتئين مفيد (اغلب يك پروتئين انساني) به سلول‌هاي توليدي - مانند سلول‌هاي مخمر، باكتري يا پستانداران در كشت - است كه سپس شروع به توليد پروتئين در حجم مي‌كنند. در فرآيند اتصال يك ژن به يك سلول توليدي، يك ارگانيسم جديد ايجاد مي شود. در ابتدا، سرمايه‌گذاران و محققان بيوتكنولوژي در مورد اينكه آيا دادگاه‌ها به آنها اجازه مي‌دهد تا حق ثبت اختراع موجودات را به دست آورند يا خير، مطمئن نبودند. به هر حال، حق ثبت اختراع در مورد موجودات جديدي كه اتفاقاً در طبيعت كشف و شناسايي شده بودند، مجاز نبود. اما، در سال 1980، دادگاه عالي ايالات متحده، در پرونده Diamond v. Chakrabarty، اين موضوع را با اين حكم حل كرد كه "يك ميكروارگانيسم زنده ساخته شده توسط انسان موضوع قابل ثبت است." اين تصميم موجي از شركت‌هاي بيوتكنولوژي جديد و اولين رونق سرمايه‌گذاري صنعت نوزاد را به وجود آورد. در سال 1982 انسولين نوتركيب اولين محصولي بود كه از طريق مهندسي ژنتيك ساخته شد و از سازمان غذا و داروي ايالات متحده (FDA) تاييديه گرفت. از آن زمان، ده‌ها داروي پروتئيني دستكاري شده ژنتيكي در سراسر جهان تجاري شده‌اند، از جمله نسخه‌هاي نوتركيب هورمون رشد، فاكتورهاي لخته‌كننده، پروتئين‌هايي براي تحريك توليد گلبول‌هاي قرمز و سفيد خون، اينترفرون‌ها و عوامل حل‌كننده لخته.

رويكردها و ابزار
در سال‌هاي اوليه، دستاورد اصلي بيوتكنولوژي توانايي توليد مولكول‌هاي درماني طبيعي در مقادير بيشتر از منابع معمولي مانند پلاسما، اندام‌هاي حيواني و اجساد انسان بود. پروتئين هاي نوتركيب نيز كمتر به عوامل بيماري زا آلوده مي شوند يا واكنش هاي آلرژيك ايجاد مي كنند. امروزه محققان بيوتكنولوژي به دنبال كشف علل ريشه اي مولكولي بيماري و مداخله دقيق در آن سطح هستند. گاهي اوقات اين به معناي توليد پروتئين هاي درماني است كه منابع خود بدن را افزايش مي دهد يا كمبودهاي ژنتيكي را جبران مي كند، مانند نسل اول داروهاي بيوتكنولوژي. (ژن درماني - وارد كردن ژن هاي كد كننده پروتئين مورد نياز در بدن يا سلول هاي بيمار - يك رويكرد مرتبط است.)

اشتراك Britannica Premium را دريافت كنيد و به محتواي انحصاري دسترسي پيدا كنيد.
اكنون مشترك شويد
صنعت بيوتكنولوژي همچنين تحقيقات خود را براي توسعه داروهاي سنتي و آنتي بادي هاي مونوكلونال كه پيشرفت يك بيماري را متوقف مي كند، گسترش داده است. توليد موفقيت آميز آنتي بادي هاي مونوكلونال يكي از مهم ترين تكنيك هاي بيوتكنولوژي بود كه در ربع آخر قرن بيستم ظهور كرد. اختصاصي بودن آنتي‌بادي‌هاي مونوكلونال و در دسترس بودن آن‌ها در كميت، امكان ابداع سنجش‌هاي حساس را براي طيف وسيعي از مواد مهم بيولوژيكي و تمايز سلول‌ها از يكديگر با شناسايي مولكول‌هاي نشانگر ناشناخته قبلي روي سطوح آن‌ها را ممكن ساخته است. چنين پيشرفت‌هايي از طريق مطالعه ژن‌ها (ژنوميك)، پروتئين‌هايي كه آنها را رمزگذاري مي‌كنند (پروتئوميكس)، و مسيرهاي بيولوژيكي بزرگ‌تري كه در آن‌ها عمل مي‌كنند، ممكن شد.

كاربردهاي بيوتكنولوژي
بيوتكنولوژي كاربردهاي متعددي به ويژه در پزشكي و كشاورزي دارد. به عنوان مثال مي توان به استفاده از بيوتكنولوژي در ادغام اطلاعات بيولوژيكي با فناوري رايانه (بيوانفورماتيك)، كاوش در استفاده از تجهيزات ميكروسكوپي كه مي تواند وارد بدن انسان شود (نانوتكنولوژي)، و احتمالاً استفاده از تكنيك هاي تحقيقات سلول هاي بنيادي و شبيه سازي براي جايگزيني سلول هاي مرده يا معيوب و ... بافت ها (پزشكي ترميمي). شركت‌ها و آزمايشگاه‌هاي دانشگاهي اين فناوري‌هاي متفاوت را در تلاش براي تجزيه و تحليل به سمت پايين به مولكول‌ها و همچنين سنتز كردن از زيست‌شناسي مولكولي به سمت مسيرهاي شيميايي، بافت‌ها و اندام‌ها، ادغام مي‌كنند.

علاوه بر استفاده در مراقبت‌هاي بهداشتي، بيوتكنولوژي در پالايش فرآيندهاي صنعتي از طريق كشف و توليد آنزيم‌هاي بيولوژيكي كه جرقه‌هاي واكنش‌هاي شيميايي (كاتاليزور) را ايجاد مي‌كنند، مفيد بوده است. براي پاكسازي محيط، با آنزيم هايي كه آلاينده ها را به مواد شيميايي بي ضرر هضم مي كنند و پس از مصرف «مواد غذايي» موجود مي ميرند. و در توليدات كشاورزي از طريق مهندسي ژنتيك.

كاربردهاي كشاورزي بيوتكنولوژي بحث برانگيزترين بوده است. برخي از فعالان و گروه هاي مصرف كننده خواستار ممنوعيت ارگانيسم هاي اصلاح شده ژنتيكي (GMOs) يا قوانين برچسب گذاري شده اند تا مصرف كنندگان را از حضور فزاينده تراريخته ها در عرضه مواد غذايي آگاه كنند. در ايالات متحده، معرفي GMOs به كشاورزي در سال 1993 آغاز شد، زماني كه FDA سوماتوتروپين گاوي (BST) را تأييد كرد، يك هورمون رشد كه توليد شير را در گاوهاي شيري افزايش مي دهد. سال بعد، FDA اولين غذاي كامل اصلاح شده ژنتيكي را تاييد كرد، گوجه فرنگي مهندسي شده براي ماندگاري طولاني تر. از آن زمان تاكنون، مجوزهاي نظارتي در ايالات متحده، اروپا و جاهاي ديگر توسط ده‌ها GMO كشاورزي، از جمله محصولاتي كه آفت‌كش‌هاي خود را توليد مي‌كنند و محصولاتي كه از كاربرد علف‌كش‌هاي خاصي كه براي از بين بردن علف‌هاي هرز استفاده مي‌شوند، زنده مي‌مانند، به دست آمده است.