لوگوی جشنواره وب و موبایل ایران بیونت

ایجاد نگرشی جدید به وسیله پرینت سه بعدی مولکول‌ها

http//:bionet.ir، بیونت، پرینت سه بعدی پروتئین‌

با پرینترهای سه بعدی همه چیز ساخته شده است، از ویولون گرفته تا مسلسل. ظاهرا این پرینترها به سطحی دیگر از مفهوم  Do it yourself رسیده‌اند. امروزه داشمندان با استفاده از پرینت سه بعدی می‌توانند درباره برخی از کوچکترین عناصر جهان،  یعنی درمورد مولکول‌های زیستی آگاهی یابند.

در ادامه مطلب همراه بیونت باشید

Arthur Olson زیست شناس مولکولی در آزمایشگاه Molecular Graphics از موسسه تحقیقاتی Scripps در La Jolla California می‌گوید:

" گرچه محققان سالیان سال از مدل‌های رایانه ای استفاده می‌بردند تا فرایند اریگامی ‌مانند، تاشدگی پروتئین را به تصویر بکشند اما تماشای چیزی روی صفحه تخت مانیتور کجا و نگاه داشتن و لمس آن در دستان خود کجا."

بله روزی فرا خواهد رسید که با استفاده از پرینت سه بعدی  محققان قادر خواهند بود داروهای جدیدی تولید نمایند که به صورت دقیق تر منطقه مورد نظر را روی مولکول ویروس مورد هدف قرار می‌دهد یا حتی ممکن است استفاده از پرینت سه بعدی به محققان در جهت تولید سنسورهای پروتئینی مصنوعی یاری رساند.

پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی در زمینه‌های گوناگون در علوم پزشکی کاربرد دارد: برای مثال در حال حاضر از پرینت سه بعدی در ساختن قلب، کبد، و جمجمه استفاده می‌شود و این امر به پزشکان درباره طراحی عمل جراحی و احتمالا نجات جان انسان‌ها یاری می‌رساند. این تکنولوژی همچنین در پرینت گوش مصنوعی، رگ‌های خونی و همچنین در پرینت ورق‌های عضلات قلب که دارای تپش می‌باشند نیز مورد استفاده قرار گرفته است.

البته تکنیک استفاده از پرینت ۳بعدی همچنین به دانشمندان علوم پایه نیز یاری می‌رساند.

 Olson در این مورد از مدل‌های پرینت سه بعدی جهت درک عملکرد HIV (ویروسی که موجب بروز عفونت ایدز می‌شود) استفاده نموده است. او از طریق برنامه National Institutes of Health's 3D Print Exchange مدل‌های خود را در این رابطه با سایر دانشمندان در میان گذارده است. با استفاده از این برنامه دانشمندان نحوه استفاده از مولکول‌ها، ارگان‌ها و سایر اشیا پرینت شده را با هم به اشتراک می‌گذارند.

حال به موضوع پروﺗﺌﻳﻦ‌ها می‌پردازیم. Olson می‌گوید:

"پروﺗﺌﻳﻦ‌ها اغلب دارای هزاران اتم هستند، پس نمی‌توان به سهولت تاخوردگی پروﺗﺌﻳﻦ‌ها یا چگونگی تعامل نیروهای بی شماری که بین مولکول‌های منفرد وجود دارد را مشاهده نمود."

Olson می‌افزاید:

" در این باره استفاده از تصویرهای دو بعدی رایانه ای دارای محدودیت‌هایی است. این محدودیت‌ها باعث بروز مشکل در تفسیر آن تصاویر می‌شود. برای مثال هنگامی ‌که محققان سعی دارند در مدل‌های رایانه‌ای، مولکول‌ها را بچرخانند این مولکول‌ها در هم می‌پیچند که در دنیای فیزیک چنین چیزی صادق نیست. اما با استفاده از مدل سه بعدی، دو موکول جامد نمی‌توانند در هم بپیچند."

بعلاوه هنگامی ‌که موضوع  تعامل دو مولکول مطرح است استفاده از روش پرینت، نگرشی جدید را در این باره فراهم می‌آورد. برای مثال پروﺗﺌﻳﻦ‌ها را در نظر بگیرید، بسیاری از پروﺗﺌﻳﻦ‌ها دارای  کانال‌های طویل و خمیده هستند و در این کانال‌ها مولکول‌ها حرکت می‌کنند. تعیین طول و قطر یک کانال، روی صفحه مانیتور بسیار مشکل است و نمی‌توان با مشاهده آن همه مسیرها را مشخص کرد. Olson می‌گوید:

"اما با استفاده از مدل‌های پرینت سه بعدی به سادگی می‌توان طول این کانال‌ها را تعیین نمود."

بر اساس گفته اولسون هنگام اندازه گیری طول کانال پروﺗﺌﻳﻦ‌ها با استفاده از پرینت سه بعدی، فقط کافی است نخی را وارد کانال پروﺗﺌﻳﻦ نمایید، انتهای آن را علامت گذاری کرده و سپس آن را خارج کنید. 

مولکول‌های آینده

پرینت سه بعدی در طراحی مولکول‌های کاملا مصنوعی به دانشمندان یاری می‌رساند. Ron Zuckerman نانوزیست شناس در Molecular Foundryواقع در Berkeley Lab در California می‌گوید:

"پروﺗﺌﻳﻦ‌ها در تشخیص مولکول‌ها بسیار کارآمد هستند، مانند تشخیص مقدار بسیار اندک یک ماده سمی ‌یا تشخیص مواد منفجره در مترو. از طرفی پروﺗﺌﻳﻦ همچنین نسبت به سرما، گرما، خشکی و محیط‌های خشن آسیب پذیر هستند."

بنابراین Zuckerman در سدد تولید مولکولهای مصنوعی به نام peptoids است. این مولکول‌ها دارای حساسیت یک پروﺗﺌﻳﻦ طبیعی می‌باشند اما از اسیدهای آمینه‌ی مصنوعی که قوی تر و ناهموارتر هستند ساخته شده‌اند.

تیم تحقیقاتی Zuckerman از پرینتر سه بعدی در این راه استفاده کرده است، زیرا با استفاده از این روش محققان به سهولت می‌توانند انعطاف پذیری پروﺗﺌﻳﻦ را به چشم مشاهده و درک کنند و این امر موجب سهولت درک تاخوردگی پروﺗﺌﻳﻦ‌ها نیز می‌شود. بعلاوه با استفاده از آهن ربای کوچک در این مدل‌ها می‌توان نیرو جاذبه و دافعه بین مولکول‌های را نیز ارایه نمود. موادی با قابلیت انعطاف پذیری متفاوت می‌تواند تاخوردگی ساختارهای گوناگون پروﺗﺌﻳﻦ را تقلید کند.

اکنون Zuckerman  جهت اهداف آموزشی از مدل‌های پرینت شده پروﺗﺌﻳﻦ واقعی به نام     peppytides استفاده می‌کند. این مدل‌ها نحوه ایجاد ساختارهایی را نشان می‌دهد که در پروﺗﺌﻳﻦ‌ها بسیار معمول هستند، مانند ساختار‌هایی که شبیه به سیم تلفن می‌باشند و مارپیج آلفا (alpha-helix) نام دارند.

 Zuckerman گفت:

" هنگامی ‌که دانشجویان کار خود را با مدل سه بعدی آغاز می‌کنند پروﺗﺌﻳﻦ پرینت شده شکل گردنبند و انعطاف پذیر است و دانشجویان می‌توانند آن را تا کنند. اما ناگهان تاشدگی مارپیچ پایان می‌یابد و دوباره به حالت پایدار برمی‌گردد، زیرا همه آهنرباها دست به کار شده اند."

منبع: 3D print

  • نویسنده : بهزاد دماوند
  • تاریخ انتشار : ۰۸-۱۱-۹۳