پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

به گزارش روابط‌عمومی بنیاد ملی علم ایران (INSF) ؛ براساس برنامه‌ریزی‌های صورت گرفته، بنیاد ملی علم ایران در راستای مأموریت‌گرا‌شدن پژوهش‌ها و حمایت از طرح‌های پژوهشی که به فناوری روز دنیا می‌پردازد و می‌تواند باری از دوش صنعتگران کشور بردارد، فراخوان‌هایی را با عنوان برنامه حمایت از پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان منتشر می‌کند. در این برنامه، نیاز‌های پژوهشی پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان، از طریق سامانه کایپر بنیاد ملی علم ایران به این نهاد اعلام می‌شود و پس از بررسی و داوری‌های لازم، فراخوان پژوهش‌های عمیق و پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان به پژوهشگران و محققان اعلام می‌شود.

فراخوان ساخت تراشه ریزسیال جداکننده اسپرم‌های دارای قابلیت باروری جهت استفاده در درمان زوج های نابارور، برپایه طراحی ویژه میکروسیال و پوشش‌دهی اسید هیالورونیک به عنوان چهارمین فراخوان در این برنامه، منتشر می‌شود.

توضیحات فراخوان

مقدمه:

نرخ بالای شیوع ناباروری در زوج‌های ایرانی که با میزان حدود ۲۰.۳ درصد (۴ میلیون زوج نابارور در کشور) که بالاتر از نرخ میانگین جهانی است ضرورت ارایه راهکارهای مؤثر در رفع این مشکلات را دوچندان کرده است. پیش‌بینی می‌شود که سالانه حدود ۸۸.۰۰۰ زوج نیز به آمار ناباروری اضافه شود. براساس این آمار، نقش و علل مردانه درصد بیش تری را شامل می‌شود. روش‌های معمول برای جداسازی اسپرم زمان‌بر بوده و کارآمدی پایینی دارند.

سیستم‌های میکروفلوئیدیک به دلیل ویژگی‌هایی که سلول اسپرم در میکروکانال‌ها از خود نشان می‌دهند، می‌توانند برای جداسازی اسپرم، مناسب باشند. این ویژگی‌های اسپرم در میکروکانال‌ها باعث شده تا انتخاب اسپرم با سیستم‌های میکروفلوئیدیک بسیار شبیه به شرایط درون‌تنی باشد. هدف از این پژوهش، طراحی و تولید کیت جداسازی اسپرم با استفاده از سیستم میکروفلوئیدیک و پوشش‌دهی اسید هیالورونیک روی آن است. روشی قابل رقابت و ارزان‌قیمت برای ارتقای کیفی جداسازی اسپرم که باعث افزایش تمایل مراکز درمان ناباروری به خرید این نوع محصول شود که در نتیجه، منجر به کارآمدی بیش تر باروری در زوج‌های نابارور خواهد شد.

پیشینه مسئله تحقیقاتی:

در حال حاضر، درصد قابل توجهی از زوج‌های متعددی که به دنبال والد شدن هستند به‌دلیل مشکلات کیفی شدید اسپرم از مشکل ناباروری رنج می‌برند. طبق آمارهای ارائه شده، حدود ۴ میلیون زوج نابارور در ایران وجود دارند. براساس این آمار، نقش و علل مردانه بیش از ۶۰ درصد موارد را شامل می‌شود که این میزان از آمار جهانی بالاتر است.

انتخاب اسپرم سالم بدون ایجاد هرگونه اختلال در DNA در بیماران دارای مشکل ناباروری مردان از اهمیت زیادی در موفقیت لقاح حاصله برخوردار می‌باشد. در سال‌های اخیر ظهور تکنولوژی تراشه ریزسیالی با توجه به امکان افزایش کارایی و نیاز به میزان پایین‌تر نمونه، امیدهای فراوانی را جهت رفع مشکلات یاد شده فراروی پژوهشگران و درمان‌گران حیطه ناباروری قرار داده است.

از این رو، کلینیک‌های ناباروری و شرکت‌های مختلف حوزه ناباروری در دنیا به‌دنبال ساخت و معرفی تراشه‌های ریزسیال کارآمد برای جداسازی اسپرم‌های متحرک و دارای خواص مورفولوژیکی کاملاً طبیعی از نمونه فرآوری نشده هستند تا بدون نیاز به سانتریفیوژ یا حجم بالای نمونه بتوان تعداد بالاتری از اسپرم‌های بارورکننده را جدا نمود. در مطالعات متعدد و پلیت‌های جداسازی اسپرم در دنیا از اسید هیالورونیک برای جداسازی اسپرم فعال استفاده شده و عملکرد این ماده در جداسازی اسپرم فعال اثبات شده است. طرح حاضر در نظر دارد با ترکیب تکنولوژی میکروفلوئیدیک و پوشش‌دهی آن با هیالورونیک اسید در مسیر رفع مشکلات ناباروری گام بردارد.

شرح مسئله تحقیقاتی:

در تکنیک‌های درمان ناباروری مربوط به مشکلات اسپرم جهت بارورسازی تخمک، یک تکنیک بهینه، جدا کردن و آماده‌سازی اسپرم برای دست‌یابی به نرخ لقاح بالاتر و به دست آوردن جنین با کیفیت بالا است. تا به امروز، متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده در کلینیک‌ها، سانتریفیوژ با شیب دانسیته می‌باشد. پروسه یافتن و جداسازی اسپرم در بافت انسانی با استفاده از این روش‌های رایج، امری زمان‌بر بوده و توانایی جنین شناس را برای شناسایی اسپرم کاهش داده و او را به لحاظ ذهنی و جسمی ضعیف می‌کند. اغلب در مراکز درمانی، متخصصان نمونه‌ها را در مایعی در ظرف کشت سلولی رها می‌سازند و سپس زیر یک میکروسکوپ، محتوای مایع را جستجو می‌‌کنند و در آن به دنبال اسپرم فعال می‌گردند. این مسأله می‌تواند حتی موجب آلودگی نمونه‌ها شده و بیمار، شانس کم‌تری برای بچه‌دار شدن داشته باشد و هرچقدر این فرآیند بیش تر طول بکشد، احتمال زنده ماندن اسپرم نیز کم‌تر می‌شود. به‌علاوه استفاده از سانتریفیوژ، ممکن است بر کیفیت اسپرم و DNA آن تأثیر منفی گذاشته و حتی پس از لقاح، در رشد اولیه جنین، لانه‌گزینی و حفظ باروری اثر معکوس بگذارد. همچنین استفاده از پوشش‌دهی اسید هیالورونیک بر روی میکروپلیت‌های مورد استفاده در فرایند جداسازی اگرچه در اتصال اسپرم‌های بارورساز بیش‌تر کمک نموده است ولی به‌دلیل نیاز به بهره‌گیری از میکروسکوپ و نیروی کاری ماهر، روش‌های متداول مورد استفاده، هنوز از زمان به نسبت زیاد لازم برای جدا کردن اسپرم‌های متحرک و مناسب رنج می ‎ برند. از این‌رو ضرورت تولید ابزاری که شناسایی سریع اسپرم در نمونه‌ها را تضمین کند نه‌تنها شانس یک زوج را برای بچه‌دار شدن بیولوژیک افزایش می‌دهد، بلکه باعث کاهش استرس روی اسپرم و افزایش کارایی در آزمایشگاه می‌شود.

با ترکیب کردن تکنولوژی نوظهور تراشه‌های ریز‌سیال (میکروفلوئیدیک)، استفاده از بافرهای سازگارتر شرایط بدنی برای جداسازی اسپرم و پوشش‌دهی با میزان پایین‌تر هیالورونیک اسید -که در واقع از شبیه‌سازی شرایط طبیعی الهام گرفته و از فرایند طبیعی لقاح می‌باشد- تخمک‌ها و اسپرم‌ها را می‌توان در چندین حفره جداگانه قرار داده و حتی اسپرم‌های دارای تحرک بالاتر را در جریان بافری با دبی بالاتر از دبی جریان اسپرم جداسازی نموده و لقاح را در شرایط سریع تر و بهینه‌تری انجام داد. با این حال، لازم است برای ارزیابی اولیه پیش از تولید تراشه جداساز، با بهره‌گیری از علم میکروسیالات و شبیه‌سازی سه‌بعدی، نحوه عملکرد تراشه طراحی‌شده طی روشی غیر‌فعال، در خصوص توانایی آن در جداسازی اسپرم‌های متحرک بر پایه دو ویژگی ذاتی رئوتاکسی و نفوذ اسپرم انجام شود.

برای این منظور، اهداف اصلی این طرح عبارت است از:

• طراحی اولیه تراشه به منظور دارابودن حداکثر کارایی و تعیین نفوذ ذرات اسپرم متحرک در جریان بافری؛
• شبیه‌سازی عددی جداسازی سلول‌های اسپرم متحرک در تراشه‌های طراحی شده و انتخاب بهترین آن‌ها؛
• بهینه‌سازی طراحی بر پایه نتایج شبیه‌سازی و ساخت تراشه جداکننده اسپرم؛
• پوشش‌دهی و میکرودات کردن کف کانال جداساز اسپرم در تراشه با مشخص کردن دما و شرایط نگهداری دیش حاوی مولکول H ؛
• انجام آزمایش جهت بررسی اسپرم‌های متصل شده از لحاظ مورفولوژی و ساختار کروماتین و تأیید مولکولی HA که توانایی انتخاب اسپرم مناسب را دارد.

هدف اصلی انجام این پژوهش، بیوسیمیلار و در عین حال بر پایه بومی‌سازی تکنولوژی، کاهش محدودیت‌های یادشده با ارائه محصولی کاملاً ملّی و کاهش قیمت تولیدی محصول در عین در دسترس بودن برای کلیه مراکز درمانی در طی زمان می‌باشد. علاوه بر این، باوجود برتری نسبت به روش‌های قبلی، مطالعات بالینی محدودی در مورد استفاده از روش انتخاب اسپرم توسط تراشه میکروفوئیدی و اثرات آن بر کیفیت جنین و نرخ لقاح انجام شده است که نیاز به بررسی بیش تر دارد. به‌علاوه اطلاعات کافی در مورد اثرات تکنیک‌های آماده‌سازی مایع منی، به ویژه به روش ریزسیال (میکروفلوئیدیک)، بر روی کیفیت اسپرم‌های جداشده انجام نشده است که تحقیق حاضر بنا دارد به بررسی بیان ژن PLCZ1 و TNP1 پرداخته و پاسخ به این سوال را هم بیابد.

چالش‌های نیاز فناورانه:

طراحی تراشه میکروفلوئیدیک شامل:

• تعداد کانال‌ها؛
• طول و قطر کانال‌ها؛
• شیب کانال‌ها؛
• شبیه‌سازی دینامیکی جریان مایع؛
• توان جداسازی مؤثر اسپرم‌های فعال و بارورساز؛
• نحوه کوتینگ لایه HA و بررسی تعداد لایه مورد نیاز؛
• ساخت بافر جداکننده و نگهدارنده اسپرم در شرایطی کاملاً مشابه بدن.

گام‌های تحقیقاتی و الزامات طرح:

گام‌های تحقیقاتی اصلی طرح پیشنهادی حاضر شامل موارد زیر می‌باشد:

• بررسی اولیه مدل‌های عرضه شده خارجی: این مرحله، شامل بررسی دقیق ویژگی‌های نمونه‌های خارجی موجود در بازار جهت تولید بیوسیمیلار و ارتقای کیفی در ارزیابی اسپرم و لقاح و کاهش قیمت تولیدی می‌باشد.
• آزمایش و ارزیابی طی شبیه‌سازی رایانه‌ای: پیش از ساخت تراشه‌ها، شبیه‌سازی سه‌بعدی رایانه‌ای به منظور پیش‌بینی و ارزیابی اولیه عملکرد تراشه‌ها انجام خواهد شد.
• طراحی و ساخت تراشه: براساس اطلاعات به‌دست آمده، طرح اولیه برای تراشه میکروفلویئدیک داده شده و با استفاده از فرآیندهای مهندسی معکوس ساخته شده و نوآوری‌هایی جهت ارتقای کیفی محصول اضافه می‌شود.
• پوشش‌دهی کانال‌های تراشه با اسید هیالورونیک: با توجه به ریزبودن اندازه کانال‌های ریزتراشه، ست‌آپ پوشش‌دهی یکنواخت کانال جداسازی از جمله اهداف اصلی طرح حاضر خواهد بود.
• آزمایش و ارزیابی تراشه: پس از ساخت تراشه، آزمایش‌های لازم برای ارزیابی عملکرد آن در ارزیابی اسپرم و لقاح انجام می‌شود. این ممکن است شامل تست با نمونه‌های اسپرم واقعی یا مصنوعی باشد.
• بهبود و تکرار: بر اساس نتایج به دست آمده از آزمایش‌های اولیه در بخش تحقیق و توسعه، تغییرات و بهبودهای لازم در طراحی تراشه اعمال می‌شود. این فرآیند به صورت تکراری ادامه می‌یابد تا یک تراشه ریزسیال کارآمد و قابل اعتماد برای ارزیابی اسپرم و لقاح توسعه یابد.
• ارائه طرح امکان تولید صنعتی با قیمت رقابت‌پذیر: پس از اینکه یک طرح نهایی تأیید شد، فرآیند تولید انبوه تراشه‌ها آغاز می‌شود. این مرحله ممکن است شامل توسعه روش‌های ت ولید و دستگاه‌های لازم جهت عرضه درسطح صنعتی باشد. دریافت فیدبک کیفی عرضه شده و رفع ایرادات احتمالی از بازار برای محصولات تولیدی اولیه و رفع ایرادات پیشنهادی عرضه می‌شوند. این مرحله، شامل توسعه استراتژی‌های بازاریابی و فروش، ارائه پشتیبانی به مشتریان و دریافت بازخورد برای بهبود محصولات آتی می‌باشد.

خروجی نهایی تحقیق:

خروجی نهایی طرح حاضر ارائه نمونه اولیه، ثبت اختراع، تولید دانش فنی تراشه ریزسیال جداسازی اسپرم جهت مصارف کلینیکی خواهد بود. محصول جهت انتخاب اسپرم مناسب در تزریق داخل سیتوپلاسمی، در افراد ناباروری که به مراکز ناباروری مراجعه می‌کنند و درمان ناباروری آن‌ها از روش تزریق داخل سیتوپلاسمی تشخیص داده می‌شود، به کار گرفته خواهد شد که در مدت زمان کم‌تر و با کارایی بالاتر و قیمت پایین تر بتواند پارامترهای اسپرم، شاخص تکه‌تکه شدن DNA (DFI )، بیان PLCZ1 و mRNA های پروتئین‌های TNP1 در اسپرم‌های انتخاب شده را سنجیده و مناسب ترین اسپرم را از نظرشکل، تحرک و ژنتیک جهت بارورسازی زوج‌های نابارور در مراکز ناباروری ارائه دهد.

دستیابی به تکنولوژی نحوه پوشش‌دهی مولکول هیالورونیک اسید در ریزکانال‌های تراشه‌های ریزسیال بصورت یکنواخت نیز جهت مصارف تحقیقاتی و مهندسی بافت از دیگر خروجی‌های طرح است. برای اطمینان از پوشش‌دهی مناسب اسید هیالورونیک بر روی سطح یک تراشه و دست‌یابی به شرایط نگهداری مناسب جهت مصارف کلینیکی لازم است با بهره گیری از روش‌های زیر بهترین عملکرد و شرایط انبارداری و عرضه محصول نهایی را تعیین نمود:

• روش‌های فیزیکی: می‌توان از روش‌های فیزیکی مانند میکروسکوپ الکترونی یا طیف‌سنجی برای بررسی ویژگی‌های سطحی و ضخامت پوشش استفاده کرد.
• روش‌های شیمیایی: روش‌های شیمیایی مانند طیف‌سنجی فروسرخ یا طیف‌سنجی رامان می‌توانند اطلاعات مفیدی در مورد ساختار شیمیایی پوشش ارائه دهند.
• آزمون‌های عملکردی اتصال به اسپرم: آزمون‌های عملکردی مانند آزمون‌های جذب یا آزمون‌های سلولی می‌توانند نشان دهند که پوشش به درستی کار می‌کند یا خیر و مدت زمان و بهترین شرایط نگهداری آنچه خواهد بود.

بررسی کیفی اسپرم‌های جداشده در بارورسازی تخمک و لقاح موفق

به‌علاوه براساس برآوردهای حاصل از آنالیز اولیه بازار، تولید این محصول می‌تواند منجر به افزایش ۵۰ درصدی سبد محصولات شرکت و در نتیجه آن، افزایش سهم شرکت از بازار، افزایش رقابت‌پذیری و نهایتاً اشتغال‌زایی و افزایش کارمندان جهت پاسخگویی به نیاز بازار شود. به‌طور کلی، تولید این محصول می‌تواند با کاهش هزینه‌های ارزیابی کیفی اسپرم به کاهش هزینه باروری و جوان‌سازی جمعیت کمک کرده و از واردات محصولات مشابه جلوگیری کند و معایب روش‌های رایج مورد استفاده نیز بطور کامل رفع خواهد شد.

تسهیم مالکیت فکری:

مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با هماهنگی و اخذ نظر کارفرما بلامانع می‌باشد.

مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌و‌کار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری، قابلیت اشتراک بین متقاضی و مجری را با هماهنگی و اخذ نظر موافق کارفرما دارا می‌باشد. لازم است مدل پیشنهادی در پروپوزال ارسالی ارائه گردد.

نحوه پذیرش:

رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود.

1. ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.
2. افراد پیشنهاد شده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.
3. زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش مورد تقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند اما بدیهی است جزئیات اجرایی در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد)
4. تیم پیشنهاددهنده، زیرساخت انجام پژوهش اعم از آزمایشگاه و کارگاه را داشته باشند.
5. پروپوزال طبق فرمت پیشنهادی بنیاد، تهیه و ارسال شده باشد.

هزینه‌های قابل قبول

1. حق‌التحقیق نیروی انسانی
2. تست‌ها و آنالیزها
3. خدمات
4. مواد اولیه

 حوزه های اولویت دار

علوم و علوم زیستی / زیست‌شناسی / بیوتکنولوژی + پزشکی / علوم بالینی / داخلی

 واجدین شرایط

• پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت علمی یکی از دانشگاه‌ها و موسسات آموزش عالی کشور باشد.
• از پروپوزال‌هایی که در قالب رساله دکتری و طرح پسا دکتری تعریف شوند، حمایت فوق العاده می‌شود.
• پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.

 تاریخ فراخوان

کلیه افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۲۰ دی فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریقسامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.

 مبلغ حمایت

پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تامین شود.

 کارگروه مسئول

در صورت هرگونه سوال می‌توانید با کارگروه دانش‌بنیان با ایمیل m.amini@insf.org و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۲۱ تماس بگیرید.