مقاله جداسازی مغناطیسی : روشی نوین برای تشخیص عوامل پاتوژن دامی و انسانی

بخشی از مقاله

نانوتکنولوژي
دانش نانوتکنولوژي1 به معناي مطالعه، کنترل و دستکاري مواد در مقیاس نانو - قطر کمتر از 100 نانومتر - می باشد. در حال حاضر از این تکنولوژي نوین در علوم مختلف نظیر بیولوژي، الکترونیک، اپتیک، مغناطیسم، ذخیره انرژي و الکتروشیمی استفاده میگردد. ذرات نانومغناطیس - - 2 MNP که خود اساس و پایه دانش نانوتکنولوژي هستند کاربرد هاي بسیار وسیعی در علوم بیولوژي دارد. طیف گسترده اي از این ذرات در حال حاضر وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از : مگنتیت - Fe3O4 - 3، گریجیت4 - Fe3S4 - ، ماگمیت - γ – Fe2O 3 - 5 و انواع فریت ها - - MeO- Fe2O 3 که Me میتواند فلزاتی از قبیل نیکل، کبالت، منیزیوم، روي و منگنز باشد. . - 28 -

ذرات نانومغناطیس طبیعی6

تاریخچه کشف ذرات ریز مغناطیسی به سال 1962 برمیگردد . در آن زمان دانشمندي بنام لونشتام7 براي اولین بار ذرات مکنتیت را در عضوي از بدن یک حلزون دریایی بنام Chitons که در حقیقت یک ساختمان دندانی شکل - - Radula teeth بود، کشف نمود. این ذرات باعث سفتی و استحکام عضو دندانی شکل شده که بدین طریق حلزون قادر خواهد بود جلبک هاي چسبیده به سطوح صخره هاي زیر دریایی را کنده و مصرف نماید. در سال 1975 بلیک مور8 باکتریهاي مگنتوتاکتیک9 را کشف نمود. این باکتریها که از پروکاریوت هاي گرم منفی محسوب می گردند قادرند ذرات کریستاله فرومگنتیک 10 را به اندازه 10 -5 نانومتر به صورت مگنتیت و یا گریجیت سنتز کند. این ذرات در درون ساختمان هاي غشایی از جنس فسفولیپید تحت عنوان مگنتوزوم11 قرار می گیرند.

طی سال هاي اخیر دانشمندان سازمان هوایی امریکا - ناسا - با مطالعاتی که بر روي یک شهاب سنگ متعلق به سیاره مریخ انجام دادند، دریافتند که در این شهاب سنگ ذرات مغناطیسی مشابه ذرات مغناطیسی باکتریهاي مگنتوتاکتیک وجود دارد. تصور محققان آن است که باکتریهاي مگنتوتاکتیک از این ذرات منشأ گرفتند - 29،. - 28با مطالعاتی که صورت پذیرفته است وجود این ذرات در جلبک هاي دریایی نیز باثبات رسیده است - - .سالیان سال است که بشر در خصوص توانایی جهت یابی12 موجوداتی نظیر مورچه، زنبور عسل، کبوترهاي خانگی و ماهی قزل آلا مطالعات بیشماري انجام داده است. در حال حاضر در این خصوص فرضیه اي قوت گرفته است که بر پایه آن دانشمندان اعتقاد دارند این موجودات از اطلاعات حوضه میدان مغناطیسی زمین13 براي جهت یابی خود استفاده میکنند. با بررسی هایی انجام گرفته، مشخص گردیده است که بسیاري ازموجودات واجد این ذرات طبیعی هستند. جدول ارگانیسم هایی که ذرات مغناطیسی نانو را در بدن خود میسازند نشان میدهد . - 29 -

جداسازي مغناطیسی14

جدا سازي مغناطیسی یکی از تکنولوژي هاي نسبتأ نوظهور است که در حال حاضر جهت جدا سازي و تخلیص سلول ها، اندامک هاي سلولی و ترکیبات فعال بیولوژیکی نظیر اسیدهاي نوکلئیک و پروتئین ها مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده از دانش مغناطیسم به عنوان یک ابزار مؤثر و کارآمد از مدتها قبل در صنایع براي جداسازي ترکیبات مغناطیسی درون یک مخلوط نظیر غنی سازي معادن آهن با عیار پایین، حذف ناخالصی هاي فرومغناطیسی از دیگ هاي بخار در مراکز هسته اي و نیز حذف اینگونه ناخالصی ها از خاك هاي چینی مورد استفاده قرار گرفته است. لیکن ایده استفاده از این روش در حوضه علوم بیولوژي به دهه 1970 برمیگردد.

در سال 1976 در سازمان فضایی ناسا در ایالات متحده امریکا براي مسافرت هاي فضایی یکنوع لباس از جنس ذرات کروي متحدالاشکل پلی استیرن که براي شرایط بی وزنی پیشنهاد شده بود، ساخته شد. پروفسور جان یوگلستاد15 در سال 1980 اقدام به ساخت این ذرات در جهت مقاصد میکروبیولوژیک کرد و در همان سال شرکت Dyno در کشور نروژ مجوز فروش ذرات مغناطیسی را از آن خود کرد. در سال 2005 شرکت Invitrogen نیز این محصولات را تحت پوشش خود درآورد. در حال حاضر بسیاري از شرکتهاي معتبر دنیا که در حوضه بیولوژي مولکولی فعالیت میکنند این محصولات را به بازار عرضه می نمایند.جداسازي مغناطیسی در مقایسه با سایر روشها داراي محاسن ویژه اي است: این روش به ما اجازه میدهد تا بتوان سلولهاي هدف را بصورت مستقیم از نمونه هاي نظیر خون، مغزاستخوان، بافت هاي هموژنیزه، مدفوع، آب، غذا، خاك و محیطهاي کشت جدا کرد.

از طرفی در مقایسه با سایر روشهاي معمول و مرسوم جداسازي سلولی نظیر فلوسیتومتري16، این روش نسبتأ ساده و سریع است و از آن میتوان به عنوان یک مرحله غنی سازي سلولی جهت آزمایشات بعدي استفاده کرد. استفاده از این روش هیچگونه تداخلی در حرکات یونها و شارژ الکتریکی آنها در محلولهاي مائی ایجاد نمی کند. در مقایسه با سانتریفیوژ و فیلتراسیون نیز نیروي کمتري براي جداکردن سلول هاي هدف استفاده میشود. بطور کلی روش جداسازي مغناطیسی یک روش مناسب، سریع و کارآمد میباشد که قادر است سلولها را بصورت خالص، زنده و دست نخورده جهت آزمایشات تکمیلی بعدي جدا نماید. از طرفی با کمترین هزینه و وسایل، این روش بصورت خودکار17 درآمده و قادر است نمونه هاي زیادي را در واحد زمان در خود جاي دهد. کل مراحل جداسازي جداسازي سلولی در این روش در درون یک لوله انجام گرفته و نیازي به تعویض لوله در مراحل مختلف آزمایش ندارد 29 - ،28،. - 23

اصول جداسازي مغناطیسی

بطور کلی دو نوع روش جداسازي مغناطیسی وجود دارد. در اولین نوع، سلول هاي هدف خود ذاتأ خواص مغناطیسی داشته و بنابر این بدون هیچگونه زحمتی از این روش میتوان براي جداسازي آنها اقدام نمود. در طبیعت تنها دو نوع سلول وجود دارد که داراي چنین ویژگی ذاتی هستند؛ گلبول هاي قرمز، که واجد غلظت بالایی از هموگلوبین پارامغناطیس 18 هستند و دیگري باکتریهاي مگنتوتاکتیک که داراي مقادیر اندکی از ذرات مغناطیسی سیتوپلاسمی میباشند . - 28 - در نوع دوم روش جداسازي مغناطیسی، سالولهاي هدف ذاتأ فاقد هرگونه خواص مغناطیسی بوده که در این حالت لازم است اینگونه سلولها ابتدأ با یک نشان مغناطیسی19 بر چسب یا نشانه گذاري20 شده تا به سهولت از سایر سلولهاي غیر هدف با کمک جداکننده هاي ذرات مغناطیسی21 جدا گردند. در این گونه موارد اتصال نشان هاي مغناطیسی که معمولاً به شکل ذره22 هستند به کمک یک سري لیگاند23 انجام میگیرد.

مراحل جداسازي و تخلیص سلولهايهدف با استفاده از نشان ها و جداکننده هاي مغناطیسی معمولاً بدین شکل انجام میگیردکه تعلیق سلولی24را که سلولهاي هدف نیز جزء آنها است با نشان هاي مغناطیسی مخلوط شده و بعد از یک دوره انکوباسیون25که معمولاً بین 15 الی60 دقیقه میباشد سلوبهاي هدف و نشان هاي مغناطیسی فرصت کافی را براي اتصال به یکدیگر پیدا نموده و بدین ترتیب کمپلکس حاصله را که خاصیت مغناطیسی پیدا کرده با استفاده از یک جداکننده مغناطیسی جدا می نمایند و با دور ریختن مایع فوقانی میتوان سلول هاي هدف را براي آزمایشات بعدي نظیر کشت میکروبی، PCR، Elisa و غیره حفظ و نگهداري نمود. به منظور حذف سلول هاي غیر هدف، میتوان کمپلکس مغناطیسی را با بافر هاي مناسب چند مرتبه شستشو داد . - 28 -

وسایل مورد نیاز جداسازي مغناطیسی

براي انجام یک جداسازي مغناطیسی موفق، نشان ها و جداکننده هاي مغناطیسی خاصی طراحی شده است که به تفصیل شرح داده خواهند شد:

الف- عوامل نشان گذاري مغناطیسی26به استثناي باکتریهاي مگنتو تاتیک و اریتروسیت ها، سایر سلول ها را به منظور جداکردن می بایست نشانه گذاري مغناطیسی نمود. روش هاي متعدد و متنوعی بسته به خصوصیات سلول هاي هدف طراحی گردیده اند:

الف- -1 ذرات مگنتیک27 و سوپر پارامگنتیک28

این ذرات متداولترین نوع نشان هاي مغناطیسی هستند که در جداسازي مغناطیسی مورد استفاده قرار میگیرند. قطر این ذرات معمولاً از 1 الی 5 میکرون متغیر است و در اغلب موارد بصورت پارامگنتیک استفاده میگردند بدین مفهوم که این ذرات تنها در صورتی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرند از خود خواص مغناطیسی بروز می دهند و در غیاب میدان مغناطیسی خاصیت مغناطیسی را از دست داده و به حالت اولیه برمیگردندبدین. طریق به لحاظ بروز خاصیت مغناطیسی موقت به راحتی از