جلسه سمینار 1 دکتری (آقای محمدرضا ملکی)

موضوع: طراحی و ساخت یک سامانه میکروسیالی ادغام شده‌ غیرفعال برای بازیابی اسپرم از ترکیبات سلولی‌ معلق ناهمگن

ارائه دهنده: محمدرضا ملکی

استاد راهنما: دکتر پیمان مصدق

اساتید مشاور: دکتر احمدرضا پیشه ور، دکتر رضا نصرتی

اساتید داور: دکتر مهدی کاروان، دکتر محسن ثقفیان، دکتر فرشته کرمعلیان

چکیده:

ناباروری یک مسئله بهداشت جهانی در حال رشد است و با پیامدهای اجتماعی و اقتصادی گسترده‌ای همراه می‌باشد که حدود نیمی از آن مربوط به مردان است. بی‌نطفگی انسدادی و غیرانسدادی که 1% از جمعیت مردان را تشکیل می‌دهند، شدیدترین نوع ناباروری هستند. برای کسانی که از بی‌نطفگی غیرانسدادی رنج می‌برند، درمان معمولاً شامل استخراج اسپرم زنده از بیضه یا اپیدیدیم و تزریق اسپرم داخل سیتوپلاسمی است. پردازش و جداسازی اسپرم از نمونه تهیه شده از بیضه یا اپیدیدیم، یک روش زمان‌بر است که نیاز به تخصص و تجهیزات دقیق دارد و متاثر از خستگی و خطای انسانی است. نمونه تهیه شده معمولاً خرد و در محیط اسپرم معلق می‌شود تا امکان بررسی میکروسکوپی و شناسایی سلول‌های اسپرم فراهم شود. سپس سلول‌های اسپرمی که از نظر مورفولوژی مشکلی نداشته باشند به‌صورت دستی برای استفاده در تزریق اسپرم داخل سیتوپلاسمی جدا می‌شوند. این فرآیند بررسی و جداسازی توسط یک فرد ماهر انجام می‌شود و باتوجه به میزان اسپرم و سطح آلودگی موجود در نمونه می‌تواند تا 14 ساعت زمان‌بر باشد.کل فرآیند بررسی، طولانی و خسته‌کننده است و تا حد زیادی به مهارت و تجربه فرد متکی است. بنابراین، اسپرم‌های زنده به‌دلایل مختلفی مانند بی‌تجربگی فرد، خستگی و تراکم سلولی اسپرم، به راحتی از دست می‌روند و این فرآیند مستعد خطای انسانی است. برای بیماران مبتلا به بی‌نطفگی غیرانسدادی که تنها چند اسپرم در نمونه خود دارند، اگر اسپرم به دلیل خطای انسانی دیده نشود، می‌تواند به اشتباه نشان دهنده ناباروری مطلق باشد. علاوه بر این، زمان طولانی قرار گرفتن در معرض پرتو در طول فرآیند بررسی ممکن است تأثیر منفی بر زنده ماندن سلول و در نتیجه لقاح داشته باشد. از این رو به یک روش کارآمدتر و با توان عملیاتی بیشتر نیاز است که قادر به جداسازی اسپرم از سوسپنشن باشد. برای غلبه بر محدودیت‌های فعلی روش‌های متداول تهیه اسپرم، دستگاه‌های میکروسیالی مختلف معرفی شدند. میکروسیال‌ها ثابت کردندکه در جداسازی ریزذرات زیستی مانند سلول‌های تومور در گردش خون یا ادرار مؤثر هست. فناوری‌های میکروسیالی در دو دهه گذشته فرصت‌های امیدوارکننده‌ای را برای درمان ناباروری نشان دادند. میکروسیال‌ها، سرزندگی، تحرک، مورفولوژی و یکپارچگی DNA اسپرم را حفظ می‌کنند و زمان جداسازی اسپرم را از ساعت‌ها به دقیقه کاهش می‌دهند. هدف از انجام این پژوهش، طراحی و ساخت یک سیستم میکروسیالی ادغام شده‌ غیرفعال، جهت بازیابی اسپرم از ترکیبات سلولی ناهمگن، به‌منظور کمک به درمان موارد ناباروری مربوط به بی‌نطفگی آقایان و افزایش شانس موفقیت فرآیند لقاح آزمایشگاهی است. برای این‌منظور، یک سیستم میکروسیالی ادغام شده سه مرحله‌ای، شامل یک میکروسیال اینرسی مارپیچ و دو میکروسیال DLD  ارائه می‌شود. میکروسیال اینرسی مارپیچ با کارایی بالا به عنوان جدا ‌کننده مرحله اول، برای حذف اکثریت قریب به‌ اتفاق سلول‌های پس‌زمینه و کاهش خطر گرفتگی مراحل بعدی استفاده می‌شود. جداکننده‌های سلولی DLD با ستون‌های هیدروفویل ، به‌عنوان جدا‌کننده‌های مرحله دوم و سوم عمل می‌کنند که سلول‌های پس‌زمینه باقی‌مانده را برای به‌دست آوردن سلول‌های هدف با خلوص بالا حذف می‌کنند. ستون‌های هیدروفویل این جداکننده‌ سلولی، تغییر شکل سلول‌های غیرکروی اسپرم و گلبول قرمز را کاهش می‌دهد و عملکرد میکروسیال را در جداسازی اسپرم و سلول‌های خونی بهبود می‌بخشد. استفاده از ستون هیدروفویل شکل باعث حذف ریزگردابه‌ها در اعداد رینولدز بالا و افزایش نرخ جداسازی سلولی می‌شود. این روش به برچسب‌گذاری سلول‌ها و محرک خارجی نیازی ندارد. می‌تواند سلول‌ها را از یک جمعیت سلولی با تنوع بالا، سلول‌های دارای ویژگی‌های مشابه و یا بقایای سلولی جدا کند. از گرفتگی میکروسیال جلوگیری می‌کند و امکان دستیابی به غلظت‌های بالا در جداسازی وجود دارد.کم‌هزینه بودن، عملکرد مناسب در جداسازی سلول های غیر کروی، انتخاب اسپرم با یکپارچگی DNA بالا و مورفولوژی طبیعی سر و قابلیت تفکیک و کارایی بالا سیستم از جمله ویژگی‌های این میکروسیال است.