بارکد مولکولیِ انقلابی: کشف دانشمندان برای درمان سریع‌تر بیماری‌ها

یک راه‌حل ابتکاری برای آنالیز مولکول‌ها در تحقیقات پزشکی

توسعه مولکول‌ها، چه برای مطالعه و چه برای درمان بیماری‌ها، روز به روز با چالش‌هایی جدی در زمینه زمان و دقت مورد نیاز برای تحلیل حجم عظیم داده‌های تولید شده از سنتز مجموعه‌های بزرگ مولکولی جدید، دست و پنجه نرم می‌کند. دانشمندان در بیمارستان تحقیقاتی کودکان سنت جود، راهکاری نوین برای این مشکل ارائه داده‌اند که از الگوهای اساسی تجزیه اجزای شیمیایی برای بارکدگذاری واکنش‌ها، از مواد اولیه گرفته تا محصولات نهایی، استفاده می‌کند. با این روش، آن‌ها یک مانع مهم در فرآیند سنتز و غربالگری مولکول‌های کوچک را از بین برده‌اند. این تحقیق مهم امروز در مجله‌ی Nature منتشر شد.

چالش‌های موجود در روش‌های تحلیلی فعلی

روش‌های تحلیلی امروزی از لحاظ مقیاس، با سرعت و حجم بالایی که محققان دنبال می‌کنند، همخوانی ندارند. دانشمندان سنت جود، به رهبری دکتر دانیل بلر، که دکتری تخصصی خود را در رشته شیمی زیستی و دارویی دریافت کرده، برای حل این مشکل وارد عمل شدند و از یک ویژگی مشترک که در اغلب واکنش‌های شیمیایی وجود دارد، بهره گرفتند. بلر، که نویسنده‌ی مسئول این مقاله در Nature است، توضیح داد: “عمومیت و قابلیت انجام سریع کارها، ضروری است. بنابراین، ما به دنبال شناسایی ویژگی‌های مشترکی بودیم که بتوانند تجزیه و تحلیل مولکول‌های کوچک را به طور یکسان کدگذاری کنند.”

کشف الگوهای تجزیه: یک بارکد سراسری

بلر ادامه داد: “ما متوجه شدیم که اجزای سازنده‌ای که برای ساخت مولکول‌های کوچک استفاده می‌کنیم، به شیوه‌های مشخص و قابل پیش‌بینی تجزیه می‌شوند و این الگوها می‌توانند به عنوان یک بارکد جهانی برای تحلیل محصولات شیمیایی به کار روند.”

رویکرد مبتنی بر تجزیه در طراحی آزمایش‌ها

تجزیه، یک ویژگی بنیادین مواد شیمیایی است، اما این کاربرد تازه در زمینه سنتز شیمی، معنای تازه‌ای به آن بخشیده. به طور معمول، زمان لازم برای تجزیه و تحلیل نتایج یک واکنش شیمیایی، حدود 3 دقیقه است، اما با افزایش مقیاس و تحلیل واکنش‌های بیشتر با متغیرهای متنوع‌تر، این زمان به شکل غیرقابل قبولی افزایش پیدا می‌کند.

این نوآوری، می‌تواند در تسریع فرآیندهای تحقیقاتی و بهبود نتایج در مطالعات پزشکی کمک شایانی کند و این امکان را به دانشمندان بدهد که با سرعت بیشتری داده‌ها را تحلیل کنند و در نتیجه، به توسعه درمان‌های مؤثرتر برای بیماری‌ها نزدیک‌تر شوند.

تحولی تازه در تحلیل واکنش‌های شیمیایی

این کار توسط بلر و تیمش، روش تحلیل واکنش‌های شیمیایی را از یک روش زمان‌بر و بسیار تخصصی، به یک رویکرد ساده و کارآمد تبدیل کرده که بر اساس بارکدهای تجزیه و یک خروجی تحلیلی واحد بنا شده است. ماوئی هو، نویسنده‌ی اصلی این مقاله و دارای دکترای تخصصی از دانشگاه سنت جود در رشته بیوشیمی و درمان‌های شیمیایی، می‌گوید: “از آنجایی که این الگوهای تجزیه، یک ویژگی ذاتی ماده‌ی شیمیایی هستند، به سادگی می‌توان آن‌ها را از مواد اولیه به محصولات نهایی منتقل کرد. به محض اینکه بفهمید مواد اولیه توانایی تعریف تحلیل محصولات شیمیایی را دارند، کل رویکرد را تعمیم داده‌اید.”

رویکرد تجزیه‌محور در طراحی آزمایش‌های پرسرعت

این رویکرد تجزیه‌محور برای طراحی آزمایش‌های پرسرعت، در موارد مختلفی استفاده می‌شود. این ویژگی پایه‌ای، نه به یک بیماری خاص وابسته است و نه به یک شاخه‌ی علمی مشخص. کاربردهای آتی ممکن است شامل توسعه‌ی آنتی‌بیوتیک‌ها، داروهای ضدقارچ، درمان‌های سرطان، چسب‌های مولکولی و انواع دیگر مولکول‌ها باشد. بلر افزود: “ما نه تنها سرعت تحلیل واکنش‌های شیمیایی را دگرگون کرده‌ایم، بلکه راه را برای استفاده مستقیم از این مولکول‌ها برای درک بهتر و مبارزه با بیماری‌ها نیز هموار کرده‌ایم. این پیشرفت، یک گام مهم در مأموریت ما برای توسعه‌ی درمان‌های مؤثر، به سریع‌ترین و کارآمدترین شکل ممکن است. ما تحلیل واکنش‌های شیمیایی را از دقیقه به میلی‌ثانیه رساندیم و بدین ترتیب، گلوگاه را از تولید مولکول‌ها به یافتن کارایی آن‌ها تغییر دادیم.”

نویسندگان و منابع مالی

سایر نویسندگان این مطالعه عبارتند از: لی یانگ، ناتانیل توارگ، جیسون اوچادا، یونگ لی، ایرینایوس ورتوس، آرنالدو ایکس. توریس-هرناندز، جیمز مارتینز، جیا باتیا، براندون یانگ، ژانین پرایس، کوین مک‌گووان، ترزا نگوین، زه شی، متیو آنیان‌و، مری اشلی ریمر، شیا مرسر، زوران رانکوویچ و آنانگ شلات که همگی از دانشگاه سنت جود هستند. این پژوهش با حمایت موسسه ملی سرطان (R25CA23944)، موسسه ملی علوم پزشکی عمومی (GM132061) و ALSAC – سازمان جمع‌آوری کمک‌های مالی و اطلاع‌رسانی سنت جود، انجام شده است.