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 تولید کیت جداسازی سلول با نانوذرات مغناطیسی به عنوان پنجمین فراخوان در این برنامه، منتشر می‌شود.

 توضیحات فراخوان

مقدمه:

امروزه جداسازی سلول‌ها به وسیله نانو ذرات مغناطیسی به یک روش کلیدی برای جداسازی جمعیت‌های سلولی هدف، از سوسپانسیون‌های بیولوژیکی تبدیل شده است. این روش در طیف وسیعی از حوزه‌ها از جمله بیولوژیکی، آزمایش دارو، مهندسی بافت، درمان‌های مبتنی بر سلول، تشخیص بالینی، کاربردهای محیطی، تحقیقات بنیادی زیست‌شناسی و… مورد نیاز است.

هدف اصلی این پژوهش توسعه یک پلتفرم برای جداسازی نوع خاصی از سلول‌ها از یک مخلوط سلولی ناهمگن با نانوذرات مغناطیسی است؛ پلتفرمی که بتوان صرفاً با تغییر نوع آنتی‌بادی بایوتینیله در کیت، آن را برای سلول‌های مختلف توسعه داد.استفاده از آنتی‌بادی‌های بایوتینیله‌ی علیه CD 19 برای جداسازی سازه‌های CAR که در CAR T-cell therapy نقش دارند، به عنوان سلول مدل، و جداسازی آن‌ها با MNP های دارای استرپتاویدین، برای طراحی و تولید کیت جداسازی سلول با نانوذرات مغناطیسی برای توسعه این پلتفرم پیشنهاد می‌شود.

پیشنیه مسأله تحقیقاتی:

جداسازی یک نوع سلول از یک نمونه ناهمگن، امکان شناسایی، مطالعه و آنالیز یک نوع سلول خاص را فراهم می‌کند. این امر یکی از گام‌های مهم در تحقیقات بیولوژیک و پزشکی مانند تشخیص بیومارکرها، تست دارو، مهندسی بافت، سلول درمانی و تشخیص است. در انتخاب روش مناسب جداسازی سلول، میزان محصول تولیدی، خلوص، درصد زنده‌مانی سلول استخراج شده، بازده، نوع نشانه‌گذاری، سهولت، قیمت پایین و زمان پردازش اندک در نظر گرفته می‌شوند.

روش‌هایی مانند سانتریفیوژ شیب چگالی و فیلتراسیون غشائی، سلول‌ها را براساس ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی از جمله چگالی و سایز تفکیک می‌کنند، اما برای تفکیک یک نوع سلول در جمعیت‌های سلولی مشابه هم که ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی تقریباً یکسانی دارند، استفاده از این روش‌ها کارآمد نیست و به سیستم‌های اختصاصی‌تری نیاز هست که قابلیت جداسازی یک نوع سلول خاص از یک جمعیت سلولی مشابه را با خلوص بالا داشته باشد.

کیت‌های جداسازی سلول با نانوذرات مغناطیسی می‌توانند با اختصاصیت بالا، سلول‌های هدف را در میان جمعیت ناهمگنی از سلول‌ها جدا کنند. از آنجا که بسیاری از شرکت‌های دارای زمینه‌ی فعالیت مشابه در حال توسعه محصولات از کیت‌های استخراج اسیدنوکلئیک به سمت کیت‌های جداسازی سلول و حتی تخلیص پروتئین هستند، عدم ورود به موقع شرکت به این حوزه، موجب از دست دادن فرصت قرارگیری در لیست اولین تولیدکنندگان در بازار ایران و منطقه و کاهش سوددهی شرکت خواهد شد.

شرح مسأله تحقیقاتی:

با توجه به کارآمد نبودن روش‌های قدیمی برای جداسازی سلول‌ها، برای این منظور از روش‌های جداسازی سلول‌ها بر اساس مارکرهای سطحی استفاده می‌شود که در آن‌ها می‌توان از آنتی‌بادی‌های مونوکلونال، لکتین‌ها و آپتامرها برای جداسازی اختصاصی سلول‌ها استفاده کرد. از جمله این روش‌ها می‌توان FACS ، MACS ، کروماتوگرافی تمایلی، ATPS ، استفاده از پلیمرهای متصل به آنتی‌بادی و روش‌های جداسازی مبتنی بر آپتامر را نام برد که تا کنون به منظور جداسازی سلول‌ها به کار رفته‌اند.

جداسازی سلول با نانوذرات مغناطیسی از روش‌های MACS محسوب می‌شوند. تاکنون در طراحی کیت‌‌های جداسازی سلول با نانوذرات مغناطیسی عمدتاً از نانوذرات سوپرپارامغناطیس اکسید آهن (Fe3O4 magnetite or γ-Fe2O3 maghemite ) استفاده شده است که سطح آن‌ها با انواعی از گیرنده‌های اختصاصی علیه مارکرهای سطح سلول‌ها (آنتی‌بادی‌ها- بسته به آنتی‌ژن‌های سطح سلول) و یا استرپتاویدین برای جداسازی سلول‌های علامت‌گذاری شده با بایوتین، عامل‌دار شده است. انتخاب مناسب‌ترین پوشش برای اتصال آنتی‌بادی‌ها و رسیدن به ابعاد و جنس بهینه نانوذرات مغناطیسی برای کاربرد در جداسازی سلول، از موارد مورد بررسی و بهینه‌سازی توسط پژوهشگران داخلی و خارجی است.

پیشنهاد می‌شود در این پژوهش برای رسیدن به پلتفرم جداسازی سلول با نانوذرات مغناطیسی، استرپتاویدین روی نانوذرات مغناطیسی بهینه شده، جهت استفاده از آن‌ها برای جداسازی سلول‌های نشاندار شده با آنتی‌بادی‌های بایوتینیله شده، تثبیت شود. پلتفرمی که بتوان صرفاً با تغییر نوع آنتی‌بادی بایوتینیله در کیت، آن را برای سلول‌های مختلف توسعه داد. استفاده از آنتی‌بادی‌های بایوتینیله‌ی علیه CD 19 برای جداسازی سازه‌های CAR که در CAR T-cell therapy نقش دارند، به عنوان سلول مدل،برای توسعه‌ی این پلتفرم پیشنهاد می‌شود.

محصول مورد نظر در این طرح؛ شامل نانوذرات مغناطیسی عامل‌دار شده برای جداسازی سلول‌های نشان‌دار با یک بیومولکول است که نه تنها امکان جداسازی سلول‌های هدف را با اختصاصیت و بازده مناسب فراهم می‌آورد، بلکه قیمت مناسب‌تری نسبت به جایگزین‌های خارجی این کیت، خواهد داشت. همانطور که گفته شد، شرکت متقاضی در زمینه تولید و فروش کیت‌های مبتنی بر نانوذرات مغناطیسی برای استخراج نوکلئیک اسیدها از انواع نمونه‌های زیستی با نانوذرات مغناطیسی فعالیت و سابقه تحقیق روی سنتز نانوذرات مغناطیسی پایدار با پوشش‌های مختلف و توسعه‌ی کیت‌های استخراج مغناطیسی برای انواع منابع زیستی (خون، بافت، باکتری، ویروس، گیاه و …) را دارد که تجربه کسب‌شده در هر دو زمینه ذکر شده در حل چالش‌های این طرح کمک‌کننده هستند.

از نتایج این پژوهش می‌توان در ساخت انواع کیت‌های جداسازی سلول، از جمله کیت جداسازی اسپرم (با کاربرد در جداسازی اسپرم‌های دامی براساس جنسیت در مقیاس صنعتی)، کیت‌های کاربردی در تشخیص از جمله جداسازی CTC ها و انواع دیگر سلول‌ها، استفاده کرد. همچنین این محصول توسط مراکز تحقیقاتی و آزمایشگاه‌هایی که در زمینه زیست‌شناسی سلولی، ایمونولوژی، تحقیقات سلول‌های بنیادی، سرطان، تشخیص‌های بالینی و سایر زمینه‌هایی که در آن به جداسازی سلول‌ها و مشخصه‌یابی آن‌ها نیاز هست کار می‌کنند، استفاده می‌شود.

چالش نیاز فناورانه:

اصلی‌ترین چالش این پژوهش، فائق آمدن بر مشکل اتصال غیراختصاصی سلول‌ها به نانوذرات مغناطیسی است که خلوص و بازیابی سلول‌های جدا شده را متأثر می‌کند. بررسی‌ها نشان می‌دهند در فرآیند جداسازی مغناطیسی سلول‌ها، اتصال غیراختصاصیMNP به سلول‌ها، خاصیتی مغناطیسی به سلول‌ها می‌دهد که موجب می‌شود سلول‌ها در ستون‌های جداسازی بمانند و در نتیجه خلوص و بازیابی سلول‌های نهایی را متأثر کنند.

از دیگر چالش‌های این پژوهش، انتخاب مناسب‌ترین پوشش برای MNP هاست. چراکه MNP های بدون پوشش یا با پوشش نامناسب، قدرت اتصال کمی به آنتی‌بادی‌ها دارند، به دلیل انرژی سطحی بالا، دچار تجمع یا اصطلاحاً اگریگیشن می‌شوند و به اکسیداسیون نیز حساس خواهند بود. پوشش مناسب باید علاوه بر اینکه گروه‌های عاملی مناسب جهت بیوکانجوگیشن گیرنده‌های زیستی را فراهم آورد، زیست سازگار و آمفیپاتیک بوده و ضمن حفاظت از ذرات در برابر اگریگیشن، موجب افزایش بیش از حد ابعاد MNP ها نشود.

گام‌های تحقیقاتی و الزامات طرح:

- تکمیل مطالعات تحقیق و توسعه (شامل تهیه مواد و تجهیزات مصرفی و انجام تست‌های اولیه)

- ساخت و بهینه‌سازی نانوذرات مغناطیسی برای جداسازی سلول

• ذرات مغناطیسی با اندازه 50nm - ۵µ
• مورفولوژی کروی شکل
• عامل‌دار کردن MNP
• تثبیت استرپتاویدین روی سطح نانوذرات

- ساخت نمونه‌ی اولیه کیت

• طراحی بافرهای جداسازی و بازیابی سلول‌ها، تنظیم pH و زمان هر مرحله
• بررسی بازده جداسازی (میزان مطلوب خلوص سلولی بالای ۹۰%)
• بررسی اختصاصیت
• بررسی اثر روش جداسازی بر ویژگی‌های حیاتی سلول
• بررسی قابلیت استفاده مجدد از نانوذرات مغناطیسی

- بهینه‌سازی پروتکل استخراج

- تکمیل تست‌های لازم جهت ارائه به اداره کل تجهیزات پزشکی

- بهینه‌سازی و توسعه محصول (بررسی عملکرد پلتفرم برای جداسازی حداقل یک نوع سلول دیگر).

خروجی نهایی طرح:

• گزارش مراحل پیشرفت طرح؛
• تولید و ارائه دانش فنی و فرمولاسیون بهینه پوشش سطحی نانوذرات مغناطیسی جهت اتصال به انواع گیرنده‌های زیستی (آنتی‌بادی‌های بایوتینیله)؛
• فرمولاسیون بافرهای لازم جهت استفاده در کیت جداسازی سلول؛
• ساخت نمونه اولیه کیت؛
• نتایج آنالیزهای مربوط به نانوذرات؛
• نتایج آنالیزهای عملکرد مطلوب کیت.

تسهیم مالکیت فکری

1. 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.
2. 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 اجرایی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش مورد تقاضا باشد.
4. (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)
5. تیم پیشنهاددهنده، زیرساخت انجام پژوهش اعم از آزمایشگاه و کارگاه را داشته باشند.
6. 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 / زیست شناسی / سلولی و مولکولی + علوم و علوم زیستی / شیمی / بیوشیمی

 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 پسادکتری 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 طریق سامانه 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 تأمین شود.

کارگروه مسئول

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