شبیه سازی جنینبه این روش Embory Cloning یا Therapeutic Cloning گفته می شود که در آن جنین انسان برای تحقیق در آزمایشگاه شبیه سازی می شود. اهمیت این موضوع در آن نیست که یک انسان، مشابه فرد مورد نظر ساخته شود بلکه هدف آن است که با بررسی و آزمایش روی جنین شبیه سازی شده بتوان نارسایی ها و بیماری های مربوط به انسان را تحلیل کرده و در حد امکان به روشهایی برای جلوگیری از بروز آنها قبل از تولد دست یافت.
در این روش پس از گذشت حدود پنج روز از شکل گیری نطفه، سلولهای خاصی از آن - که سلولهای بنیادی یا Stem Cells نام دارد - برای شبیه سازی یا آزمایش برداشته می شود که با این عمل به جنین صدماتی وارد خواهد شد. (احتمالا" ریشه اصلی بحث بر سر مسائل اخلاقی نیز به همین جا بر می گردد.) این سلولها تقریبا" توانایی تولید هر نوع سلولی در بدن انسان را دارند و دانشمندان با استفاده از این سلولهای خاص امیدوار هستند که روزی بتوانند درمان قطعی بیماری های قلبی، انواع سرطان، آلزایمر و ... را پیدا کنند.
در نوامبر سال 2001 یک دانشمند از مرکز تحقیقات پیشرفته سلولی (Advanced Cell Technologies) در ماساچوست اعلام کرد که توانسته است اولین جنین انسان را به منظور انجام تحقیقات در باره بیماری های انسان، شبیه سازی کند. آزمایش های این دانشمند بر روی هشت سلول انجام گرفت که از میان آنها فقط سه عدد شروع به تقسیم شدن نمودند و در نهایت یکی از آنها توانست فقط به شش تقسیم شود. بنابر این همانگونه که مشاهده می کنید هنوز راه درازی برای شبیه سازی یک انسان وجود دارد.
آیا ممکن است روزی انسان شبیه سازی شود؟مجله تایم، فوریه 2001 با تیتر
Human cloning is closer than you think بسیاری از محافل سیاسی، مذهبی و حتی دانشمندان با فشارهایی که به کنگره آمریکا وارد کرده اند در صدد تصویب لایحه ای هستند که هرگونه تحقیق و فعالیت در این زمینه را ممنوع کند.
اما جدای این مسائل با توجه به هزینه بسیار بالا و درصد کم موفقیت در شبیه سازی حیوانات (بین یک تا دو درصد) که به علت دانش کم در باره روش "شبیه سازی از طریق تولد" می باشد هر گونه تلاش برای تولید انسان از این روش در حال حاضر با شکست روبروه خواهد شد. بخصوص که پس از تولد حیوانات شبیه سازی شده، حدود 30% از این حیوانات که زنده بدنیا می آیند، دارای ناتوانی های بارز جسمی و مشکلات جدی پس از تولد می باشند. دانشمندان عوارض مشابهی را برای شبیه سازی انسان از این روش پیش بینی می کنند.
نکته مهم دیگر وضعیت فکری و روحی انسان می باشد که هنوز بصورت یک سئول بزرگ پیش روی دانشمندان می باشد. شاید برای یک گوسفند خیلی مهم نباشد که نتواند درست فکر کند یا تصمیم بگیرد اما این موضوع بطور قطع برای انسان بسیار مهم می باشد چرا که یک انسان سالم فقط به بدن سالم نیاز ندارد.
مبانی شبیه سازیانسان برای رفع نیازهای خویش سیستم های متنوعی اعم از تولیدی و خدماتی را بوجود آورده است . اینسیستمها در طول زمان رشد و توسعه یافتهاند و به نوبة خود مسائل و مشکلات مختلفی را هم ایجاد نمودهاند.از طرف دیگر پیچیدگی های این سیستم ها فرایند تصمیمگیری ، هدایت و کنترل را برای افراد مسئول بسیارحساس و مشکل ساخته است . لذا برای حل مسائل و مشکلات و در نهایت کمک به مسؤلان به منظورشناخت و بهبود عملکرد و تصمیمگیری در مورد سیستم ها ، روشها و تکنیکهای متفاوتی بوجود آمده اند کهبکارگیری آنها بستگی به نوعی سیستم و مشکل مربوطه دارد . تجزیه و تحلیل های ریاضی مشاهده عینی وتجربی و فنون مختلف پژوهش عملیاتی را میتوان نمونهای از این روشها دانست . طبیعی است که هریک ازروشهای مذکور دارای نقاط قوت و محدودیتهایی میباشند و بکارگیری همه آنها در مورد یک سیستمخاص نه بسادگی امکان پذیر است و نه نتیجه مشابه خواهد داشت . یکی دیگر از روشهائی که برای شناختوضع موجود و بهبود عملکرد سیستمها بوجود آمده ، شبیه سازی است که در این فصل به معرفی آنمیپردازیم . شبیه سازی یکی از پرقدرترین و مفید ترین ابزارهای تحلیل عملکرد فرایندهای پیچیدة سیستمهااست . هر مهندس یا مدیری که بخواهد اطلاعاتش را کامل کند باید با این روش آشنا باشد . مدلسازی از طریقشبیه سازی تاحد زیادی بهعلوم کامپیوتر، ریاضیات ، احتمالات و آمار متکی است .
چون شبیه سازی نوعی مدلسازی سیستم است لذا در بخش نخست سیستم ها و سپس مدلها و در نهایتشبیه سازی را مورد بحث قرار خواهیم داد .
1 ـ سیستمها
برای آشنایی با مفهوم سیستم ابتدا مثالهای از سیستم را ارائه میکنیم و سپس با جزئیات بیشتر به بحثخواهیم پرداخت . به تشکیلات یک بانک توجه کنید . یک بانک تعدادی انسان ، ماشین، دفاتر، کامپیوتر،مقررات اداری و قوانین پولی و اقتصادی است که همه به نوعی وابسته به یکدیگر بوده و با اثر گذاشتن بر همبمنظور ارائه خدمات بانکی و کسب درآمدهای اقتصادی دارای وحدت و هماهنگی هستند . یک واحدتولیدی ، مثلاً تولید اتومبیل ، مثال دیگری از سیستم است در این واحد هم تعداد زیادی از مهندسین ،کارگران، ماشین آلات ، قوانین کار ، فرمولهای مهندسی، مواد اولیه و قوانین تولید گردهم آمده و هریک در راههدف نهایی یعنی تولید دارای نقشی بوده و در اجرای این نقش از دیگران تأثیر پذیر و بر دیگران تاثیر گذارمیباشند. مسلماً هدف از ایجاد یک سیستم یا اداره یک سیستم موجود، کسب بهترین نتایج حاصل از آناست. لذا در مورد سیستم های موجود باید تأثیر اجزاء آن بریکدیگر، قوانین و رابطههای حاکم برآن و دیگرخصوصیات آنرا شناخت. و اگر هدف ایجاد یک سیستم است باید بهترین تعداد و ترکیب اشیاء و مؤثرترینقوانین را برای آن انتخاب نمود . اما انتخاب بهترین ها خود مستلزم شناخت رفتار سیستم با ترکیبات و قوانینمتفاوت میباشد . در هر حال لازمه ایجاد یا اداره مطلوب یک سیستم ، بررسی و تجزیه و تحلیل آن است .بطور کلی سیستم را میتوان چنین تعریف کرد "مجموعهای از اشیاء با مشخصههای معلوم ، که روابط بین آنهاو قوانین حاکم بر آنها مشخص است . اشیاء یک سیستم ممکن است دائمی یا موقت باشند." مثلاً در یکسیستم تولیدی ، ماشین های تولیدی جزء اشیاء دائمی و مواد اولیه و یا تولیدات از اشیاء موقت سیستم بشمارمیروند . هر یک از اشیاء دائمی یا موقت دارای یک یا چندین مشخصه هستند . اما در یک بررسی تنها آندستهمشخصهایی که در ارتباط با هدف بررسی بوده و نتایج از آنها تأثیر پذیر است مدنظر قرار گرفته و بعنوانمشخصه در مدل سیستم گنجانیده میشوند. به چگونگی اشیاء ، مشخصات و روابط یک سیستم در یک لحظهزمانی وضعیت سیستم در آن لحظه میگویند . اغلب ، تغییرات خارجی سیستم مؤثر واقع شده و بعضیتغییرات در سیستم دارای اثراتی بر عوامل خارجی هستند. مجموعة این گونه عوامل خارجی را که بر سیستممؤثر و یا از آن تأثیر پذیرند محیط سیستم خوانند . همراه با گذر زمان مقدار بعضی از مشخصههای اشیاءسیستم تغییر مییابند . این تغییرات نسبت به زمان ممکن است بصورت پیوسته یا ناپیوسته باشد . بطور مثالدر یک سیستم بانک تعداد مشتریها یکی از مشخصههای سیستم است که تغییرات آن بصورت ناپیوسته باورود و خروج مشتری ها صورت میگیرد . یک ورود باعث افزایش آن و یک خروج باعث کاهش آن میگردد .در عوض یک تصفیه خانه را در نظر بگیرید . مایعات تصفیه نشده و تصفیه شده از اشیاء سیستم بوده و مقدارآنها مشخصهای برای سیستم هستند. تغییرات این مشخصه با گذر زمان ارتباط پیوستهای دارد . به این نوعسیستم، سیستم پیوسته و به سیستم مثال قبل یک سیستم گسسته گویند .
2 ـ مدلها
همانطور که گفته شد برای مطالعه و تجزیه و تحلیل سیستمها، روشهای متفاوتی وجود دارد . در مطالعهتجربی یکی سیستم ، متغیرها تغییر داده شده و تاثیر آنها بر روی سیستم مشاهده میشود . اما تعدادسیستمهای که بتوان این روش را برای بررسی آنها بکار برد بسیار محدودند . زیرا اولاً تغییر یک متغیر در یکسیستم ممکن است باعث دگرگونی سیستم و لذا بی اعتباری بررسی و نتایج حاصل از آن گردد . ثانیاً ایجادتغییر برای مشاهده عکس العمل رفتاری در همه سیستم ها عملی نیست . علاوه بر این ، این روش ، زمانیکهطراحی و ایجاد یک سیستم جدید در کار بوده و برای رسیدن به نتیجه مطلوب باید رفتار آن مورد بررسی قرارگیرد ، بی معنی خواهد بود . در اینگونه موارد از یک الگو یا مدلی از سیستم که شامل اطلاعات لازم برایبررسی و تجزیه و تحلیل آن باشد استفاده میکنند.
بطور کلی مدل را میتوان چنین تعریف کرد «مدل ، ترکیب مناسبی از خصوصیات یک سیستم و اطلاعاتمربوط به آن است که به منظور بررسی سیستم مورد استفاده قرار میگیرد.» معمولاً نوع بررسی، مدل و میزاناطلاعات قرار داده شده در انرا تعیین میکند . لذا ممکن است بررسی های متفاوت، مدلهای متفاوتی از یکسیستم را لازم داشته باشد . بعبارت دیگر سیستم ها در بررسی های گوناگون دارای یک مدل منحصر بفردنیستند . مسئلهای که در اینجا پیش میآید ، فراگیری جزئیات سیستم بوسیله مدل و یا میزان نزدیک بودن مدلبه واقعیت است . به بیان دیگر در موقع مدلسازی دو سؤال مطرح میگردد:
ــ در مدل کدامیک و به چه اندازه خصوصیات و جزئیات سیستم باید وجود داشته باشد ؟
ــ میزان شباهت مدل به سیستم واقعی چقدر است ؟
مسلماً هرچه جزئیات بیشتر از سیستم در مدل گنجانده شود ،شباهت زیادتری به سیستم واقعی پیدا نمودهو رفتار آنرا بهتر نمایش میدهد . در این صورت اگر نتیجهای از مطالعه و بررسی مدل حاصل گردد ، به واقعیتنزدیکتر و لذا بکارگرفتن آن در سیستم واقعی عملیتر است . از طرف دیگر، وجود جزئیات بیشتر در مدلسبب مشکل تر نمودن مطالعه و رسیدن به نتیجه میگردد . اغلب افزودن جزئیات بیش از حد به یک مدل باعثتغییر روش بررسی شده و کلیت بحث از دست میرود . بالعکس از قلم انداختن بعضی جزئیات ، تجزیه وتحلیل مدل را سادهتر و راه رسیدن به نتیجه را آسانتر و کوتاه تر مینماید و از طرف دیگر نتایج حاصل را ازواقعیتها دورتر و بکارگیری آنها را در سیستم واقعی بیثمر خواهد ساخت . بهر حال ، در مدل سازی معیاریبرای قابل قبول بودن شمول جزئیات یک مدل قبل از بکارگیری نتایج در واقعیت وجود ندارد . ازمسئولیتهای تحلیلگر است که در ساخت مدل و گنجانیدن جزئیات سیستم در آن ، با توجه به دقت مورد نیازدر نتایج ، جانب تعادل و اعتبار را رعایت کند . این تعادل باید به گونهای باشد که اولاً بوسیله تکنیکها و وسایلموجود، بررسی مدل امکان پذیر بوده و ثانیاً نتایج بررسی منطبق یا نزدیک به واقعیت باشد . فرایند یکمدلسازی مطلوب در زیر نشان داده شده است .
شبیه سازی
شبیه سازی(cloning)یکی از پیشرفته ترین دست یافته های بشر در زمینه علم پزشکی و مهندسی ژنتیک است که هر مرحله پیشرفت آن جنجال های بسیار زیادی را به همراه دارد.
● شبیه سازی حیوانات در شبیه سازی عکس عمل تمایز صورت می گیرد . یعنی باید یک سلول تمایز یافته سلول شروع کننده باشد و سلول های تمایز نیافته تولید کند . در ابتدا این کار غیر ممکن به نظر می رسید تا اینکه در دهه ۱۹۷۰ آزمایشهای اولیه ای انجام شد که در آنها هسته سلول تمایز یافته قورباغه به یک سلول تخم بدون هسته انتقال داده شد . در بعضی از این آزمایش ها سلول تخم تقسیم می شد و تکثیر می یافت حتی در بعضی موارد نوزاد قورباغه نیز به وجود می آمد ولی هیچ کدام به قورباغه بالغ تبدیل نمی شدند . سر انجام دکتر ویلموت و تیمش توانستند با خاموش کردن یک سلول تمایز یافته که از غدد شیری یک گوسفند بالغ گرفته شده بود و دوباره برنامه ریزی آن یک گوسفند کامل را به وجود آورند.
آگاهی از محتوای کامل ژنتیکی موجود کلون شده از فواید شبیه سازی است.
اهداف شبیه سازی الف) اهداف تولید مثلی :
این تکنیک تولید مثلی به منظور مزرعه داری ، حفظ حیوانات در معرض انقراض ، تولید مثل محصولات حیوانی بیشتر و سالم تر، صورت می گیرد . همچنین می توان با این روش به زوج هایی که قادر به بچه دار شدن نیستند نیز کمک کرد .
ب) اهداف درمانی :
در شبیه سازی می توان با کشت دادن سلول های بنیادی جنینی از کلون به انواع سلول های تخصص یافته دست یافت. این سلول ها قابل کشت و پیوند در بیماران هستند (جهت ،آلزایمر، پارکینسون ، دیابت ، بیمیری های قلبی و...)MS درمان
با همه علاقه ای که بشر به شبیه سازی دارد، این پدیده دارای خطرات و ایراداتی است. شبیه سازی باز تولیدی بسیار گران است و امید انجام مطلوب آن بسیار کم است. نزدیک به ۹۰ درصد اقدام های شبیه سازی در این زمینه به نتیجه نمی رسند و برای انجام یک شبیه سازی موفق، باید نزدیک به ۱۰۰ بار انتقال هسته ای صورت گیرد و در همین یک مورد موفق هم، حیوان شبیه سازی شده نسبت به عفونت ها بسیار غیرمقاوم است. نمونه آن هم دالی بود که بر اثر عفونت ریه مرد. علاوه برآن رشد تومورها در آن به سرعت انجام می شود و کوچکترین بیماری برای این نوع حیوانات، می تواند منجر به مرگ شود. اکثر این حیوانات رشد غیرطبیعی دارند و گاه به دلایل نامشخص به یک باره می میرند.
از میان حیواناتی که تاکنون شبیه سازی شده اند، می توان به گوسفند ها، موش ها، گاو ها و حیوانات خانگی از قبیل گربه اشاره کرد. اما یکی از وسوسه انگیزترین شبیه سازی ها، شبیه سازی حیوانات ما قبل تاریخ مانند دایناسورها است، بدین ترتیب که با استفاده از دی ان ای بازمانده از آنها در سنگواره ها، آن ها را شبیه سازی کرد.
هنگامی که این فرضیه مطرح شد، موافقت ها و مخالفت های زیادی با آن شد، اما این التهابات به زودی فروکش کرد، چون این موجودات بیش از ۶۵ میلیون سال پیش از بین رفته اند و این در حالی است که دی ان ای، فقط ۱۰ هزار سال عمر می کند. نظریه بعدی شبیه سازی ماموت ها بود که کمتر از ۱۰ هزار سال پیش زندگی می کرده اند. با این حال پیدا کردن دی ان ای مناسب ماموت ها غیرممکن به نظر می رسد.
مفهوم سلول بنیادی: سلول بنیادی در پستانداران به سلولی گفته میشود که قابلیت تقسیم شدن و تبدیل به سلول های تخصص یافته و تمایز یافته را دارا باشد.تخمک لقاح یافته این توانایی را در حد بالایی داراست، زیرا بالقوه میتواند تقسیم شود وبه صورت یک موجود زنده کامل تکوین یابد.تخمک لقاح یافته چند ظرفیتی است بدین معنی که از هر نظر توانایی رشد و تکامل را دارد..این توانایی پس از تقسیم شدن تخمک به یک یا حتی چهار سلول به قوت خود باقی بوده به گونه ای که هر کدام از سلولها پس از جدا شدن قادر به رشد و تبدیل به یک جنین کامل می باشند، از راه این فرآیند دو قلوها چند قلوها بوجود می آیند ، این چند قلوها موجودات شبیه سازی شده طبیعی هستند که دارای ساختار ژنتیک و سیتوپلاسمی یکسان میباشند پس پدیده شبیه سازی پدیده ای نو و باورنکردنی نیست و از آغاز حیات در سیاره زمین رخ داده است.
سلول های بنیادی یا stem cellدر کودکان وبزرگسالان وجود دارند. سلولهای بنیادی در مغز استخوان وبه تعداد کمتری در جریان خون هر کودک و بزرگسال یافت میشود.
سلولهای بنیادی رویانی انسان میتوانند با لقوه به صورت هر یک از210 نوع سلولی که جسم یک انسان را تشکیل میدهد رشد یابند.
در حال حاضر شبیه سازی به سه شیوه انجام میگیرد:
1. شبیه سازی رویانی 2. شبیه سازی DNA فرد بالغ 3. شبیه سازی درمانی که در این نوع شبیه سازی هدف تولید انسان به صورت کامل نیست بلکه هدف تولید سلولهای بنیادی رویانی است که برای اهداف درمانی به کار می رود .
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم1
مدل سازی خاک رس
محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیهسازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک رس–پلیمر بکار بردهاند. امروزه این ترکیبات یکی از موفقترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکلپذیری از خود نشان میدهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمیشوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس میتوانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جایگذاری میشود (خودش را در لایههای درون ورقههای سفال جای میدهد) و تورق کل ساختار را افزایش میدهد. پلیمریزاسیون ادامه مییابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.
دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار میگیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان گذار خود کاتالیست نامیده میشود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیهسازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.
دانشمندان در شرکت BASF شبیه سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزوارهها بکاربردند. ریزوارهها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد میشوند و در زمینههایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه سازی برای پیشبینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ شده کوپلیمرهای آمفیفیلیک را بررسی کردند.
شبیهسازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکلگیری "ریزوارههای معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی می شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه میتوان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول میانجامد، درحالی که آزمایشهای شبیهسازی شده تنها طی چند روز نتیجه میدهند.
زیرساختهای پایه برای مدلسازی مولکولی:
در مقالة قبلی نقش فناوریانفوماتیک را در فناورینانو از دیدگاه اهمیت آن در مدلسازی مولکولی بررسی کردیم. اکنون میخواهیم حداقل مؤلفههای لازم در جهت موفقیت در مدلسازی مولکولی را بررسی کنیم. به عبارت دیگر زیرساختهای بحرانی جهت توسعة دانش مدلسازی مولکولی کدامند؟
1) الگوریتمها:
بهبود الگوریتمهای محاسباتی مورد نیاز است تا از عهدة محاسبه مجموعهای از مولکولهای بزرگ یا مجموعهای از اتمها برآیند. زیرا برهم کنش میان اتمها در کنه موضوع مدل سازی مولکولی نهفته است. زمان محاسبه و قدرت ذخیرهسازی اطلاعات هر اتم و افزایش دقت با افزایش تعداد اتمها، تابع مستقیمی از افزایش قدرت الگوریتمها است.
2) بکارگیری محاسبات موازی:
با تقسیم مسئله بین چند پردازنده جداگانه، محاسبات موازی، قابلیت رسیدن به راهحلهای مناسب و با سرعتهای بالا، را فراهم میآورند. بههرحال رسیدن به این هدف نیازمند مسائلی (یا بخشی از مسائل) است که میتواند معادلاً تقسیم شود مثلاً الگوریتمهائی به منظور گرفتن مزیتهای ساختارهای موازی و راههائی به منظور نوشتن و رفع خطا کردن مؤثر از کدهای موازی.
بسیاری از کدهای شیمی کوانتوم بصورت ضعیفی موازی میشوند که نسبتاً وابسته به روشهای بکارگرفته شده هستند. یک مثال نوعی نظیر مدل کوانتومی مونتکارلو یا روش"Laster" و همکارانش است.
3) انتخاب خودکار به همان خوبی روشها:
یک نقش مدل ساز، انتخاب بهترین روش برای یک مسألة مشخص با دقت مورد نیاز مشخص است. چنین تصمیمگیریهایی میبایستی بصورت خودکار به منظور انتفاع بیشتر و کمترکردن اثر مهارت شاغل باشد. مقایسة دقیق روشهای متفاوت، آرایشهای محاسباتی متفاوت و هدفهای متفاوت کاملاً الزامی است .
4) سخت افزارهای محاسباتی و سیستم عاملها:
سخت افزارهای محاسباتی و سیستم عاملها روشهای متفاوت دیگری به منظور مدلسازی مولکولی هستند مدلسازی مولکولی نیازمندیهای متفاوتی از سخت افزار وسیستم عامل را پدید آورده است. همانطوریکه تغییر دادنها نیازمند استفاده کننده است. ترکیب ابررایانه ها رایانه های شخصی/ ایستگاههای محاسباتی و توزیع محاسبها، پیامد دیگری از یکپارچگی زیرساختهای محاسباتی، نمایشگرها و Interface استفاده کننده است. همچنین زیرساختهای واسطه وابزارهای قابل برنامهنویسی تصویر ساز از دیگر نیازمندیها است.
5) مدیریت اطلاعات:
نه فقط نیازهای محاسباتی، میطلبد که همچنین حجم نتایج به طرز باورنکردنی با اندازة مسأله رشد میکند. این چالش نیازمند مدیریت پیچیده و بهرهبرداری از نتایج آزمایشگاهی و دادههای محاسباتی بصورت توأم است. به منظور مؤثر بودن، حجم عظیم اطلاعات جدید میبایستی مدیریت شود به گونهای که با نتایج آزمایشگاهی و روابط مبتنی بر تئوری، سازگاری حاصل نماید .
6) واسطه مدلسازی آزمایشگاهی:
روابطی نظیر QSPR و QSAR، وابستگی به خواص آزمایشگاهی قابل مشاهدهای دارند که جهت تعیین خواص مولکولی مورد استفاده قرار میگیرد.
QSPR: Quantitative Structure – Property
QSAR: Structure – Activity Relations
این روابط و وابستگیهایشان ممکن است مطلقاً تجربی باشند، اما آنها موفقیتآمیز خواهند بود بویژه زمانیکه خواص محاسباتی درست انتخاب شده باشد. همچنین خواص اندازهگیری شده میبایستی انتخاب شوند به گونهای که رفتار ماده را نشان دهند و اصول فیزیکی و شیمیایی را نقض نکند. پیشگویی خواص قابل اندازهگیری بسیار سخت است، اما از خواص قابل پیشگویی اندازهگیری میشود شیمی ترکیبات مثال خوبی در این زمینه است، جائیکه، بزرگترین موفقیتها، از درون ساخت کتابخانههایی از مواد انتخابی، بوجود آمده است.
7) آنالیز مسأله:
موفقیت در کاربردهای صنعتی، متکی به شناخت قاطعانه پیامدها یا سؤالات مطرح شده است.
8) زیر ساختهای انسانی:
یک پیامد انسانی کلیدی، داشتن افراد فنی به گونهای که شخصاً یا تحت عنوان دانشگاه هم دارای دانش مدلسازی و هم دارای دانش کاربردهای صنعتی باشند. دقیقاً مهم است که بر محدودة کاربری هر مدل و قابلیتها و توانائیهای آن مدیریت داشته باشیم. ساخت چنین زیرساخت مهمی نیازمند آزمایش و آموزش است.
9) اعتبار بخشی:
اعتبار بخشی معمولاً به آزمایش مدلها در برابر دادههای موجود به منظور تعیین اعتبار آنها یا حدود اعتبار آنها بر میگردد. این عمل ممکن است درک شود یا نادیده گرفته شود اما این بخش اکیداً یک نیاز است.
10) معتبر بودن:
معتبر بودن دارای دو وجه است:
بنیانگذاری آن و پیشگیری از نقایص آن. اعتبار باید صادقانه بوسیله موفقیت ساخته شود. ناتوانی مدلها بدرستی فهمیده شود. شیء گراهای رایانهای یک کلید اساسی در درک ارتباطات نتایج است. اما از سوی دیگر برای مدلسازها ممکن است مخرب باشد. زیرا یک تصویر جذاب می تواند گمراه کننده باشد. نتایج اجتنابناپذیر شکگرایی را تقویت میکند.شخص میبایستی روی مسائل مناسب با ابزارهای درست کار کند.
محدودیتهای این روشها چیست؟
در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافتهاند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر میباشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبهگر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکانپذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها.
فناوری انفورماتیک و فناوری نانو:پیشرفتهایی در مدلسازی مولکولی
مدلسازی مولکولی پایهای است برای ارتباطات، درک و توسعة فناوریهای نو نظیرفناوری نانو.
این روش راههای جدیدی را در فکر کردن و رسیدن به اهداف فناورانه، فراهم میسازد، بنابراین برای توضیح موفقیتآمیز کاربردهای این روش، توضیح جنبههای تکنیکی به تنهائی کافی نیست اهمیت نیروی انسانی متخصص، هدف نهائی هر پروژه، ساختار سازمانی و زیرساختهای محاسباتی در موفقیت این روش اهمیت قابل ملاحظهای دارند.
یافته ها، در چهارچوب «کاربردها» (از جنبة فنی) و« پروسههای مؤثر درکاربرد» ( تمام زیر ساختهای ملزوم) طبقه بندی میشوند.
در مقاله قبلی مروری داشتیم بر قابلیتها و چالشهای دانش انفورماتیک در فناوری نانو. دراین مقاله میکوشیم تا حوزههای تحقیقاتی و صنعتی را ،که مدلسازی مولکولی در آنها، پذیرفته شدهاست ، معرفی کنیم و از این دیدگاه اهمیت و نقش دانش انفورماتیک را در فناوری نانو روشن کنیم.
یافته های اصلی:
الف)کاربردها
(1مدلسازی مولکولی، به عنوان یک ابزار سودمند و کارا در پارهای از صنایع بکار گرفته شده است.
• صنایع داروسازی: بالاترین درصد پذیرش و موفقیت مربوط به این حوزه است.
• شیمی زراعت: مدلسازی و اطلاع گیری در جهت مبارزه با آفات: وضعیتی مشابه با صنایع داروسازی
• ابزارهای ویژة شیمیایی شامل رنگها و رنگ دانهها ، افزودنیهای روغن، ضد خوردگیها، کاتالیستها
• صنعت سوخت – تولید منابع مادر، حمل و نقل و پروسههای حاکم بر آن
• صنعت پلیمر، شیشه و مواد سازهای
• الکترونیک و مواد فتونیک
• گازهای صنعتی
• مراقبتهای فردی و تولیدات غذایی
صنعت نرم افزار سخت افزار
2) این روشها مقبول شدهاند زیرا آنها آزمایش خود را پس دادهاند:
موفقیتهای بزرگ طبیعتاً توجهات بیشتری را جذب میکند، هم توسط شرکتها و هم در عرصة رقابت بین شرکتها.
مطالعات اخیر 3 زمینة بزرگ موفقیت آمیز در زمینة مدلسازی مولکولی را معرفی کرده است:
کشف داروها، توسعة کاتالیستهای هموژن و شیمی حرارت
آنالیز اجزاء سازهای مواد به این روش اثر مؤثری بر فیزیک ماده – چگال گذاشته است.
موفقیت ها همیشه در مسیر قابل پیشبینی نبوده است. ده یا حتی بیست سال پیش، Rational drug design به عنوان آیندة صنعت داروسازی شناخته میشد- در حالیکه، امروزه طراحی و ساخت داروها مبتنی بر «کامپیوتر»، بر مبنای خواص فیزیکی وشیمیایی آنها- که به نام "Docking" نامیده میشود- با در نظر گرفتن اجزاء مولکولی غشاءهای سلولی یا سایر اجزاء وابسته به آنها ( اهداف تحت درمان)، آینده این صنعت را پیشبینی میکند. امروزه تا حدودی به این هدف رسیدهایم و داروهای جدیدی به عرصةتجاری سازی رسیدهاند.
بهرحال، اشتیاق به منظور طراحی داروهای ترکیبی، به نظر میرسد که روش ساخت ترکیبی وزنی را از رونق انداخته است . افق جدید این بود که شیمی ترکیبات، سریعتررشد خواهد کرد و کمتر محدود به تجربه باشد، اما به هر صورت، تلاش در جهت ساخت هر ترکیبی امروزه یک فرآیند مهار کردنی است. واقعیت حاضر، مبتنی بر دانش کامپیوتر محور است کاوشهای عقلانی در حوزة مقدورات داروهای جدید به سرعت جهت شناسائی کتابخانة مولکولهائی که میبایستی بصورت ترکیبی در آزمایش بکار گرفته شوند، اعتبار مییابند، در این نقش و در فرم خالص آن طراحی داروها در حوزه کاندیدادهای مقدور و محدود شده معتبر و اثبات شدهاند.
3) بسیاری از کمپانیها، چنین مدلسازیهایی را به عنوان یک ضرورت می نگرند، در حالیکه برخی هنوز آن را یک وسیلة لوکس میبینند:
در زمینههای موفقیت آمیز بر شمرده شده، هیچیک از شرکتهای فوق حتی فکر نمیکردند که بدون مدلسازی مولکولی بدین پایه از پیشرفت برسند. در سایر زمینهها، مدلسازی یک زمینة فعال در زمینه کاوشهای پژوهشی است یا انتظار میرود که مورد استفاده واقع شود. مدلسازی مولکولی در صنعت نیز جایگاه خود را باز کرده است.
4) نقش پایهای مدلسازی مادهای و مولکولی در صنایع شیمی، سرعت توسعه محصولات و آزمایشهای راهنما را افزایش داده است:
مشارکت فعال مدلسازان در توسعة سریعتر پروسههای تولید، مکرراً به اثبات رسیده است. اثر توانمند، اغلب بسیار مؤثر برای حل مسأله، میزبانان بزرگی را برای مدلسازان مولکولی فراهم آورده است. مزیت عمده این روش در این است که با استفاده از محاسبات نسبتاً ساده تعداد حالات مقدور برای حل یک مسألة واقعی را میتوانیم کم کنیم، چه در مرحلة طراحی و تولید و چه در مراحل توسعه با اتخاذ روشهای دقیق و صحیح اعتبار آزمایشات را تأیید کنیم یا آنها را هدایت کنیم. مدلسازی میتواند انتخابها را هدایت کند و حتی در اغلب موارد میتواند راههای تولید بهتر را جهت آزمایش، شناسائی کند.
در عوض مدل سرویسهای تکنیکی تهیه شده در قالب مدلسازی مولکولی، زمانی که کاملاً با تیمهای آزمایشگاهی و توسعة داخلی، مزدوج نشده است، دارای تجارب ناموفقی بودهاند. از این رو مدلسازی مولکولی، می بایستی در تعامل کامل با پژوهشگران آزمایشگاهی باشد.
5) علم و تکنولوژی گامهای بلندی را در راستای همگرائی موفقیتآمیز برداشتهاند.
سودمندی مهندسی از پیشرفتهای علمی و نیز تشویق علم به رشد و حرکت، از مزایای مشهود همگرائی علم و مهندسی است. یک مثال برگزیده از این تعامل در فضای زمان و مکان، گروههای کوچک اتمی که توسط شیمی کوانتوم قابل تفسیر بودند از حد اتم هیدروژن و مولکول هیدروژن تا حد دامنههای چندین اتمی شبیه سازی شدهاند و پیشرفتهای عمدهای را برای دانشمندان و مهندسان پدید آوردهاند:
• شبیه سازی مولکولی با استفاده از دینامیک مولکولی نیوتونی و روشهای کاتورهای مونت کارلوتغییرات سیستم را پیش گوئی کرده است.
• روشهای شبه تجربی مبتنی بر اوربیتال مولکولی رو به رشد نهادهاند.
• روشهای سلسله مراتبی شیمی کوانتوم که بر آورندة دقت در حوزة زمانی است: شامل روشهای بنیادین گردآوری شده در حوزة « برون یابی» نظیر G1/G2/G3 و CBS و روشهای جایگزینی در حوزة میدان نظیر ONIOM
• تئوری ظرفیت الکترونی کاربردی، در حوزة فیزیک فرموله شده است و به منظور مدلسازی در فیزیک ماده- چگال، بکار گرفته شده است.
• سوای دینامیک مولکولی که مشخصاً شروع می شود با فرمول Car-Parrinello در محاسبات DFT در حال پرواز، سایر روشهای دینامیک مولکولی به سرعت رشد یافتهاند.
• شبیه سازیهای آشیانهای و حوزههای بههم پیوسته نظیر تئوری میدان مؤثر یا تئوری "Norskov" تئوریهای اتمهای الحاقی یا روشهای خوشهای، روشهای اجزاء محدود، دینامیک مولکولی، مکانیک کوانتوم آبراهام وهمکاران، وتئوری Seamless Zooming که در ژاپن به سرعت رشد یافتهاند.
• مدلهای شرایط مرزی تناوبی که اثرات«دوربرد» را مدلسازی میکنند.
کلاس عمومی مدلسازی در حوزة Mesoscale که اغلب با استفاده از معادلات پیوستگی جهت مدلسازی سوپر مولکولی در حوزههای پیوسته صورت میگیردهمزمان با توسعة دانش نانو، مدلسازی مولکولی به عنوان ابزاری منحصر به فرد، مورد توجه واقع شد. نانو بر غنای دانش مدلسازی مولکولی افزوده است و آن را به گونهای جدی متحول کرده است. به همین ترتیب، دانش شیمی ژنتیک( جانشانی ژنهای موجود در ساختار DNA)، نیازمند این است که بدانیم چگونه دانش به درون حوزة پروتئین سازی رسوخ میکند؟(جانشانی پروتئینهای موجود وفعال).
مدلسازی همچنین نقش مهمی در رمز گشائی این پروسهها ایفا میکند واین نکته را کشف خواهد کرد که چگونه یک رشته از آمینو اسیدها میتواند خودش را در هندسة پروتئین بگونهای آرایش دهد که رفتار خاصی را موجب شود. علوم کامپیوتر در این راستا کمکی مؤثر و تحسین برانگیز ایفاء خواهد کرد
6) مدلسازی مولکولی جهت ادغام و تفسیر ابزارهای تحلیلی بکار گرفته خواهد شد.
در پارهای موارد، پیش گوئیها دارای حداقل قطعیت نسبت به اندازهگیریهای کالریمتری است. به گونهای که مؤثراً آنها را عوض میکنند.مدلسازی یک بخش پر اهمیت از طیف سنجی نوری NMR و کریستالوگرافی است . نقش های آتی را در حوزة تفسیر کروماتوگرافی گاز، دایرة رنگی لرزهای و طیف سنج جرمی بازی خواهد کرد.
7) شباهتهائی برجستهای در بخشهای مختلف صنعتی وجود دارد.
مدلسازهای حلالیت و مخلوط کنهای واقعی و مدلهائی که بتواند شیمی را در قالب زیست – شیمی به منظور رفتارشناسی بیولوژیک ترکیب کند، پایهای برای طراحی داروها هستند. اما همچنین پایهای برای مطالعات شیمی زهرشناسی هستند. با پیش گوئی زهرشناسی شیمیایی، میتوان امیدوار بود که تولیداتی طراحی خواهد شد که کارآئی بالاتر با حداقل مخاطره خواهند داشت.
8) نیازهای عمده و مورد نیاز صنعت روشهائی هستند که بزگتر، بهتر و سریعتر، باشند و در دامنة بزرگی معتبر باشند و مشتمل بر تکتیکهای چند مقیاسی باشند:
مدلسازی چند مقیاسی بر پایة مدلهائی ساخته میشود که مبتنی بر حدودی در حوزة زمان واندازه هستند نظیر محاسبات انرژی Single-Point در حوزة گاز ایده آل(ایزوله شده) در صفر درجة کلوین.مدلسازی در حوزه های محدود اغلب با خواص ان در محیطهای پیوسته بوسیله مکانیک آماری ادغام میشود(نظیر ترموشیمی گاز ایده آل)
یک فشار دائمی بر پژوهشگران در راستای توسعه سریعتر و دقیق تر این روشها وجود دارد. در انتها، نیز آزمایش کردن این روشها جهت تعیین اعتبار آنها الزامی است. توجه کنید که اساس این«اعتبار بخشی» بر این مبنا است که اعتبار این روشها را به چه حوزهها و به چه حدهائی میتوان تعمیم داد.
مدلسازی در حوزة نانوساختارها و نانوابزارها:
فناورینانو، فناوری در مقیاس نانو جهت مواد و پرسههای مرتبط با آن است . یک اتم نوعی، دارای قطر واندروالسی، معادل چند دهم نانومتر است. بنابراین مولکولها و ماکرومولکولها در ابعاد نانوئی وکوچکتر هستند. همة برهم کنشها وخواص ماکروسکوپیک ریشه در این مقیاس دارند و بوسیلة مکانیک آماری و فیزیک ماده- چگال این دو فضا به هم مرتبط میشوند. در همان لحظه خواص مکانیکی تحت تأثیر ساختار الکترونی، بر هم کنشهای غیر پیوندی، یا مقیاسهای واسطه نظیر meso، رفتارهای سوپر مولکولها، است . هر یک از این دامنهها دارای تأثیر و وزنی در مدلسازی مولکولی است ومقدوراتی در جهت پیوند میان این فضاهای کاملاً وابسته به هم، در جهت ساخت پازل ماکروئی، رو به رشد نهاده است.
مدلسازی مولکولی و اثر آن بر صنعت( قابلیتها و چالشها)
1. نقش اساسی مدلسازی مولکولی مواد در صنعت، افزایش سرعت توسعه و راهنمائی به سوی آزمایشهای مؤثر است.
2. احیای پروژههای مرده، قابل ارزش است:
نقش مدلسازی مولکولی از منظر سرمایهگذاری کاملاً حائز اهمیت است ساخت کاتالیستهای همگن، تحلیل مکانیزمهای بر هم کنش یا ساخت پلیمرهای ویژه با کاربری خاص از اثرات مدلسازی مولکولی است.
3. ناتوانی در ادغام کامل و به هم وابستة مدلسازی مولکولی با آزمایش، میتواند منجر به تأخیر شود.
4. استفاده از قانون « حق مؤلف» جهت مدلسازان مولکولی، پشتوانهای به سوی توسعة این روشها است.
5. زیر ساختهای محاسباتی، به سمت پروسههای مناسب و حتی برای اغلب، محاسبات سطح بالا، سوق داده شوند
6. حرکت به جلو: مدلسازی مولکولی کلیدی است به منظور مدلسازی فناوریهای حیاتی برای آینده.
برای ابر محاسبات، شبکه سازی سوپر کامپیوترها، میکرو پردازندههای Pc، پایه ای مناسب جهت محاسبات موازی هستند. NASA در 1993 برای نخستین بار با استفاده از پردازندههای مستعمل اقدام به موازی کردن کامپیوتر با استفاده از سیستم عامل LINUX نمود
7. از توسعة نرم افزارها، فقط در راستای توسعة صنعت داروسازی، میبایستی اجتناب نمود.
8. مدلسازان تکنولوژی محور و تکنولوژیستهای درک کنندة مدلسازی مورد نیازند:
مدلسازان خاص و عمومی نیازمند به ترکیبی از کار کارشناسی محض و قضاوت مهندسی میباشند. این ترکیب سادهتر به همگرائی خواهند رسید و به گونهای است که نیاز به این ترکیب همیشه احساس میشود. این نیاز در یک محیط پژوهشی روشنتر میشود بوژه آنکه فشار بازار اقتصادی و رقابت، R&D را وادار به چرخش به این سمت می کند. بسیاری ار پژوهشگاهها، محیط پژوهشیBell Labs را الگو قرار دادهاند. این پژوهشگاه که در آغاز با هدف علوم کاربردی تأسیس شده بود به تدریج به سمت یک محیط ترکیبی از علوم محض و کاربردی سوق پیدا کرد.
مهم است که کارشناسان در یک انستیتوی آموزشی تدریس کنند وهمکاریهای پژوهشی خود را به عنوان بخشی از آموزش علم در نظر بگیرند.
چشم انداز:
نتایج مدلسازی مولکولی یا محاسبات، در بخش شیمی تحلیلی کاملاً جا افتاده است. مدلسازیهای چند مقیاسی نیز با دقت بالاتر ومحاسبات سنگین تر پیگیری می شود.
تئوریهای مولکولی و مدلسازیها، شامل تئوری ساختار الکترونی ومدلسازی به عنوان یک زبان بینالمللی علمی در اغلب شاخه های علوم ومهندسی پذیرفته شده است.
شیمی، فیزیک، بیولوژی بر مبنای مشاهدات، و دستکاریهایی در حوزة انسانی، به مدلسازی مولکلوی وابسته شدهاند. علوم مهندسی این علوم محض را با یکدیگر ترکیب کرده و با ملاحظات اقتصادی و مؤلفه های کمی فیزیک آن را به حوزة تجارت میرسانند.
فیزیک محیطهای پیوسته و تفکر عمیق در طبیعت رفتاری الکترونها در اتم در سالهای 1800 میلادی خبر از توسعة مکانیک آماری و مکانیک محیطهای پیوسته میداد. ظهور دانش شیمی- فیزیک و اساس ساختارهای مولکولی دراواخر 1800 میلادی حاکی از درک پیوندهای شیمیایی میداد که در نهایت در سالهای 1930 توسعه یافت و روشهای شیمی کوانتوم که در سالهای 1950 توسعه یافتند.
مدلسازی مولکولی یک روش مرکزی است که با درک رفتار کوانتائی مواد، حتی از دیدگاه پیشگوئی به موفقیتهائی رسیده است.
توسعة تولیدات و عوض شدن پروسه های ساخت وتولید با ظهور مدلسازی مولکولی واثر آن دستخوش دگرگونی شده است مدلسازی مولکولی می تواند به عنوان یک زیر ساخت نامرئی در توسعة علم و فناوری مورد توجه قرار گیرد.
پیشرفتهائی در قدرت سخت افزاری کامپیوترها، مسبب پیشرفتهائی در نرم افزارهای شبیه سازی شده است که تغییراتی رویایی را در مدلسازی پدید آورده است و بسیاری از مسائل بغرنج را حل کرده است و حتی در نگرشهای بنیادین علوم، تغییراتی را بوجود آورده است.
آیا دانش هوش مصنوعی دنیا را دگرگون خواهد کرد:
ارزش نتایج محاسباتی، سریعاً افزایش خواهد یافت در صورتیکه فوراً گسترش و رشد یابد. اما آنها زمانی گرانبها خواهند شد که معنی این نتایج به سمت مهندسی یا نیازهای توسعه، هدایت شود.
پیشرفتهائی در قدرت محاسباتی، درک و قابلیتهای ما را در کاربردی کردن فیزیک و شیمی محاسباتی توسعه خواهد داد. همانگونه که پیشرفتهائی بزرگ در تکنولوژی اغلب منشعب از نتایج و مشاهدات آزمایشگاهی است، مدلسازی مولکولی با افزایش دقت در حل پیچیدگیهای مدل به گونهای که منجر به نتایج سودمند کاربردی شود، در رشد تکنولوژی مفید است. البته نباید از نظر دور داشت که 90% مسائل در ذهن ساخته و پرداخته میشود وابزارهای محاسباتی تنها راهی برای آزمایش، روشهای مختلف حل هستند.
مدلسازی مؤثر و مدیریت نتایج آن، به برداشت کارشناسی و موفقیت آمیز از کدهای مدلسازی مولکولی وابسته است البته، انتخاب روشهای تئوری بر پایة مجموعة شیمی کوانتوم یا پتانسیلهای بر هم کنشی ( شبیه سازی مولکولی) حداقل نقش و سطح را در تصمیم سازی ایفاد می کنند.
کدام ترکیب برای متعادل کردن زمان و دقت مورد نیاز است؟ بهترین تنظیمات برای بهترین نتایج صنعتی کدامند؟
یک Interface مناسب میتواند در خواستها را ارزیابی کند و پیشنهاداتی را در جهت برآورد زمان محاسبات و سایر منابع مورد نیاز، به استفاده کننده نشان دهد. همچنین با نشان دادن نتایج وتصویر سازی نتایج محاسبه شده راههائی را برای ارزیابی نشان میدهد
منابع :
http://nano.ir/
http://daneshnameh.roshd.ir/ -
www.sharghian.com
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم3
نانوتکنولوژی، انقلابی جدید در صنعت و تکنولوژی
نانوتکنولوژی یا کنترل مواد در مقیاس مولکولی، گشایش اسرار طبیعت در تمام عرصه ها از مهندسی تا پزشکی را نوید میدهد.
در آینده نه چندان دور، در خانه های جدید آجرها ممکن است هنگامی که ترکی درآنها ظاهر میشود خودشان را تعمیر کنند. ماشینها نیز ممکن است با لایه ای به استحکام الماس پوشانده شوند که آنها را در برابر خراشها محافظت میکند. پزشکان نیز خواهند توانست صدها نوع بیماری را تنها با قراردادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت کنند.
نانوتکنولوژی در جهانی بسیار کوچک کنترل میشود. هدف نانوتکنولوژی ساخت اشیاء، اتم به اتم، مولکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیونها سال است انجام میدهد.
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی "یک میلیاردم" است و حوزه نانوتکنولوژی در حدود میلیاردم متر است، ابعادی که در آن اتمها با هم ترکیب شده و مولکولها روی هم اثر متقابل دارند.
هدف این است که اگر بشر بتواند به اتمها بگوید که چه طور خودشان را مرتب کنند و چگونه رفتار کنند، بسیاری از خواص یک ماده قابل کنترل میگردد. همان طور که در طبیعت اتمهای کربن موجود در زغال سنگ را با تغییر دادن ترتیب قرار گرفتن آنها به الماس تبدیل میکنند، بنابراین خواصی مانند رنگ، استحکام و شکنندگی نیز در سطح اتمی قابل تعیین خواهند بود. دانشمندان بر این عقیده اند که اگر بتوانند یک آجر را اتم به اتم بسازند، مولکولهایش را نیز میتوان طوری تعلیم داد تا هنگامیکه یک ترک ظاهر میشود آن را تعمیر کنند یا اینکه با کم یا زیاد کردن تخلخل، خود را با شرایط مرطوب هوا وفق دهند.
بنابراین نانوتکنولوژی امید ساخت هر چیز قابل تصور را - از کوچکترین جرثقیلها و موتورها گرفته تا لایه های خود اسمبل پلاستیکی یا فلزی - میدهد. برای نخستین بار در تخیلات علمی، به لطف پیشرفتهای اخیر دیدن جهان در مقیاسهای نانو این سناریوها درست و معقول به نظر میرسند. انواع جدید میکروسکوپها و برنامه های قدرتمند کامپیوتری شبیهساز که در 10 سال اخیر توسعه پیدا کردهاند، نانوتکنولوژی را دچار یک نوع انقلاب نمودهاند. میکروسکوپها نه تنها به دانشمندان اجازه میدهند که اتمها را بینند، بلکه به آنها اجازه میدهند که حتی آنها را جا به جا بکنند، همانطور که در آزمایش مشهور سال 1990 دانشمندان مرکز تحقیقاتی Almaden وابسته به IBM ، لغت "IBM" را توسط 35 اتم زنون نوشتند.
امروزه یک تیم از فیزیکدانان IBM یک پیشرفت دیگر را اعلام کردند که مدارات در مقیاس اتمی را به واقعیت نزدیکتر میکند. این پیشرفت که "سراب کوانتم"1 نام گرفته است نشان میدهد که اطلاعات میتوانند در میان اجسام جامد بدون نیاز به سیم حرکت کنند. اسباب جدید عبارتند از: "چشمان، انگشتان و پنسها" که در جهان نانو میتوانند کار کنند. Evgene Wang معاون مهندسی بنیاد ملی علوم آمریکا، به اعضاء مجلس نمایندگان طی گزارشی در مورد نانوتکنولوژی گفت: "نانوتکنولوژی نوید جذب تعداد فزایندهای از علاقمندان به علم، دولت و صنایع خصوصی را میدهد."
دکتر Tom Schaeider یک بیولوژیست ریاضیدان در انستیتو ملی سرطان گفت که: "دلیل این که مردم این را قبول میکنند پشتوانة واقعی علمی آن میباشد". وی اضافه کرد ما قادر خواهیم بود تا هر چیز که خواستیم در آینده بسازیم."
دانشمندان پیشرو در این علم سال گذشته در بنیاد ملی علوم آمریکا گفتند که نانوتکنولوژی یک اثر اساسی روی سلامتی، وضعیت اقتصادی و امنیت مردم جهان خواهد گذاشت و حداقل به اهمیت آنتی بیوتیک ها،IC ها و پلیمرهای ساخت دست بشر در قرن 20 خواهند بود.
در سال 1998 شورای علوم و تکنولوژی کاخ سفید یک گروه کاری بین بخشی IWGN)) تأسیس کرد که خواست بخشهای علمی و صنعتی و دولت بود و موظف شد تا چشم انداز ایالات متحده را در مورد نانوتکنولوژی در طی 10 الی 20 سال آینده توسعه دهد.
دولت ایالات متحده در طی سال 1999 حدود 260 میلیون دلار در این تکنولوژی سرمایه گذاری کرده است. کلینتون نیز پیشنهاد افزایش بودجة نانوتکنولوژی را تا حدود 227 میلیون دلار در سال 2001 را داده است. گروهIWGN پیش بینی میکند که نانوتکنولوژی موجب پیشرفت در زمینه هایی مانند تکنولوژی اطلاعات، پزشکی، علوم زیست، صنعت خودرو، انرژی و امنیت ملی خواهد شد.
این گروه موارد زیر را امکانپذیر میبیند:
v در پزشکی، نانو ذراتی که به توزیع آسان دارو در قسمتهای بدن کمک میکنند. این وسایل به اصطلاح کوچک که از دارو ساخته شدهاند با لایههایی از نانو ذرات پوشیده شدهاند و میتوانند به قسمتهای مختلفی از بدن برسند و بیماریهای از قبیل سرطان را درمان کنند. غدد پروستات و قطعات مصنوعی نیز ممکن است، با این نانو ذرات پوشیده شوند تا از عکسالعملهای ناخواسته جلوگیری کنند. پیشرفت در تشخیص بیماریها نیز قابل پیشبینی است، همانطور که دستگاههای جدیدی که بر اساس تشخیص DNA یا پروتئین پایه گذاری شده اند و میتوانند از مقدار ناچیزی خون به طور همزمان وجود چندین بیماری را تشخیص بدهند.
v در صنایع الکترونیکی، تولید کامپیوترهای سریعتر و بهتر در اندازههای بسیار کوچک مدنظر است. هم اکنون یک هد مغناطیسی با اندازة حدود نانو تولید شده که اطلاعات را از دیسک سخت میخواند. همچنین تراشه های حافظه با اندازة نانو مدنظر هستند که قدرت ذخیرهای برابر با هزاران تراشه فعلی را دارا خواهند بود.
v در علوم زیست محیطی، غشاءهای نانویی فیلترهایی برای سد نفوذ آلودگیها هستند و همچنین قادر خواهند بود تا آلودگیها را با روشهای شیمیایی یا بیولوژیکی پیدا کرده و برطرف کنند. بسیاری چالشها تا بیش از اینکه دانشمندان بتوانند پرده از راز جهان در مقیاس نانو بردارند، باقی خواهد ماند. طبق گزارش اخیر که توسط گروه IWGN ارائه شده است: این عرصه، امروز تقریبا همانجایی است که علم و تکنولوژی بدنبال ترانزیستورها در اواخر دهه های 1940 و 1950 قرار داشت".
اما با در دست داشتن ابزارهای جدید برای دیدن اشیاء کوچک، آزمایشگاهها در کشور کم کم به این مطلب پی میبرند که چگونه اتمها و مولکولها در یک ماده مرتب میشوند. تعدادی از آزمایشگاهها یاد میگیرند که چگونه مولکولها را در الگوهای خاص مانند هرم یا چند ضلعی، خود اسمبل کنند. این مطلب به عنوان یک گام مهم در جهت ساختن مواد نو توسط اتم با اتم به شمار میرود.
دانشمندان امیدوارند به زودی بتوانند موادی از نانو تیوبهای کربنی بسازند که ترتیب قرار گرفتن
اتمهای کربن در آن مانند قرار گرفتن مدادها در داخل یک جعبه است. چنین موادی یک _ ششم دانسیته فولاد را خواهند داشت و مقاومت آنها 50 الی 100 برابر است. آقای Richard Smalley، کسی که در دانشگاه Rice روی نانو تیوبها کار میکند میگوید: ما میدانیم که چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازیم و این که چگونه مواد دیگر را بپوشانند. این نانو تیوبهای کربنی، مطابق بسیاری از پیش بینیها یک روز تمام چیزها از ماشین تا هواپیما را میپوشاند تا به سطوح آنها استحکام و مقاومت و در نتیجه عمر بیشتری بدهد.
طبیعت برای میلیونها سال صاحب نانوتکنولوژی بوده است و دانشمندان مانند Smalley عقیده دارند که میتوان مطالب بسیاری را با نگاهکردن به سلولها آموخت. او میگوید که تمام آنزیمها در سلولهای ما نانوماشینهایی هستند که وظایف منحصر به فردی را جهت تکامل و رشد انجام میدهند.
گروه Nadrian Seeman در دانشگاه New Yourk تلاش میکند، یک مولکول بیولوژیکی دیگرDNA به عنوان جزء سازنده برای اشیاء سه بعدی به کار برد. آزمایشگاه وی اخیراً یک دستگاه نانو روبوتیک ساخت که از DNA ساخته شده بود و دو بازو داشت و میتوانست بین دو نقطة ثابت حرکت کند.
پژوهشگران میگویند که این وسیله گام اول به سوی توسعة نانوتکنولوژی است که یک روز خواهد توانست مولکولها را در نانو کارخانه هایی با همان ابعاد به کار گیرد.
برخی میگویند که ما زمانی قادر خواهیم بود تا همه چیز را از قطعات ریز بسازیم. مثلاً بدین صورت که به کامپیوتر تعدادی عناصر داده شده و به وی دستور داده میشود تا همه چیز، از سیب تا یک ماشین را بسازد. Schnider گفته است: این جادو نیست، این ایده جادو نیست.
قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
1. محصولات خود_اسمبل
2. کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3. اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
4. سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5. نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
6. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچههای دنیا
7. احیاء و سازماندهی اراضی
برخی کاربردها
مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل سازی مولکولی و شبیه سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America میگوید:"روشهای تجربی مستلزم بهرهگیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا میسازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانهای را در 24 ساعت شبانه روز انجام دهد. شیمیدانها میتوانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.
نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینههای آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه گذاری اولیه جهت تهیه نرمافزار و هزینههای وابسته از جمله سختافزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار میتوان هریک از هزینههای اولیه را نه تنها از طریق صرفهجویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه سازی فرآیندها و عملکردها میشود، جبران ساخت.
این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیهسازی چطور میتوانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار میشود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل میشود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه میشود. پیشبینی رفتار و خواص در محدوده ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.
مدلسازی رایانهای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیهسازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیشبینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر میسازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه سازی مولکولی عمل میکنند. میتوان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساختهشده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم3
نانوتکنولوژی، انقلابی جدید در صنعت و تکنولوژی
نانوتکنولوژی یا کنترل مواد در مقیاس مولکولی، گشایش اسرار طبیعت در تمام عرصه ها از مهندسی تا پزشکی را نوید میدهد.
در آینده نه چندان دور، در خانه های جدید آجرها ممکن است هنگامی که ترکی درآنها ظاهر میشود خودشان را تعمیر کنند. ماشینها نیز ممکن است با لایه ای به استحکام الماس پوشانده شوند که آنها را در برابر خراشها محافظت میکند. پزشکان نیز خواهند توانست صدها نوع بیماری را تنها با قراردادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت کنند.
نانوتکنولوژی در جهانی بسیار کوچک کنترل میشود. هدف نانوتکنولوژی ساخت اشیاء، اتم به اتم، مولکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیونها سال است انجام میدهد.
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی "یک میلیاردم" است و حوزه نانوتکنولوژی در حدود میلیاردم متر است، ابعادی که در آن اتمها با هم ترکیب شده و مولکولها روی هم اثر متقابل دارند.
هدف این است که اگر بشر بتواند به اتمها بگوید که چه طور خودشان را مرتب کنند و چگونه رفتار کنند، بسیاری از خواص یک ماده قابل کنترل میگردد. همان طور که در طبیعت اتمهای کربن موجود در زغال سنگ را با تغییر دادن ترتیب قرار گرفتن آنها به الماس تبدیل میکنند، بنابراین خواصی مانند رنگ، استحکام و شکنندگی نیز در سطح اتمی قابل تعیین خواهند بود. دانشمندان بر این عقیده اند که اگر بتوانند یک آجر را اتم به اتم بسازند، مولکولهایش را نیز میتوان طوری تعلیم داد تا هنگامیکه یک ترک ظاهر میشود آن را تعمیر کنند یا اینکه با کم یا زیاد کردن تخلخل، خود را با شرایط مرطوب هوا وفق دهند.
بنابراین نانوتکنولوژی امید ساخت هر چیز قابل تصور را - از کوچکترین جرثقیلها و موتورها گرفته تا لایه های خود اسمبل پلاستیکی یا فلزی - میدهد. برای نخستین بار در تخیلات علمی، به لطف پیشرفتهای اخیر دیدن جهان در مقیاسهای نانو این سناریوها درست و معقول به نظر میرسند. انواع جدید میکروسکوپها و برنامه های قدرتمند کامپیوتری شبیهساز که در 10 سال اخیر توسعه پیدا کردهاند، نانوتکنولوژی را دچار یک نوع انقلاب نمودهاند. میکروسکوپها نه تنها به دانشمندان اجازه میدهند که اتمها را بینند، بلکه به آنها اجازه میدهند که حتی آنها را جا به جا بکنند، همانطور که در آزمایش مشهور سال 1990 دانشمندان مرکز تحقیقاتی Almaden وابسته به IBM ، لغت "IBM" را توسط 35 اتم زنون نوشتند.
امروزه یک تیم از فیزیکدانان IBM یک پیشرفت دیگر را اعلام کردند که مدارات در مقیاس اتمی را به واقعیت نزدیکتر میکند. این پیشرفت که "سراب کوانتم"1 نام گرفته است نشان میدهد که اطلاعات میتوانند در میان اجسام جامد بدون نیاز به سیم حرکت کنند. اسباب جدید عبارتند از: "چشمان، انگشتان و پنسها" که در جهان نانو میتوانند کار کنند. Evgene Wang معاون مهندسی بنیاد ملی علوم آمریکا، به اعضاء مجلس نمایندگان طی گزارشی در مورد نانوتکنولوژی گفت: "نانوتکنولوژی نوید جذب تعداد فزایندهای از علاقمندان به علم، دولت و صنایع خصوصی را میدهد."
دکتر Tom Schaeider یک بیولوژیست ریاضیدان در انستیتو ملی سرطان گفت که: "دلیل این که مردم این را قبول میکنند پشتوانة واقعی علمی آن میباشد". وی اضافه کرد ما قادر خواهیم بود تا هر چیز که خواستیم در آینده بسازیم."
دانشمندان پیشرو در این علم سال گذشته در بنیاد ملی علوم آمریکا گفتند که نانوتکنولوژی یک اثر اساسی روی سلامتی، وضعیت اقتصادی و امنیت مردم جهان خواهد گذاشت و حداقل به اهمیت آنتی بیوتیک ها،IC ها و پلیمرهای ساخت دست بشر در قرن 20 خواهند بود.
در سال 1998 شورای علوم و تکنولوژی کاخ سفید یک گروه کاری بین بخشی IWGN)) تأسیس کرد که خواست بخشهای علمی و صنعتی و دولت بود و موظف شد تا چشم انداز ایالات متحده را در مورد نانوتکنولوژی در طی 10 الی 20 سال آینده توسعه دهد.
دولت ایالات متحده در طی سال 1999 حدود 260 میلیون دلار در این تکنولوژی سرمایه گذاری کرده است. کلینتون نیز پیشنهاد افزایش بودجة نانوتکنولوژی را تا حدود 227 میلیون دلار در سال 2001 را داده است. گروهIWGN پیش بینی میکند که نانوتکنولوژی موجب پیشرفت در زمینه هایی مانند تکنولوژی اطلاعات، پزشکی، علوم زیست، صنعت خودرو، انرژی و امنیت ملی خواهد شد.
این گروه موارد زیر را امکانپذیر میبیند:
v در پزشکی، نانو ذراتی که به توزیع آسان دارو در قسمتهای بدن کمک میکنند. این وسایل به اصطلاح کوچک که از دارو ساخته شدهاند با لایههایی از نانو ذرات پوشیده شدهاند و میتوانند به قسمتهای مختلفی از بدن برسند و بیماریهای از قبیل سرطان را درمان کنند. غدد پروستات و قطعات مصنوعی نیز ممکن است، با این نانو ذرات پوشیده شوند تا از عکسالعملهای ناخواسته جلوگیری کنند. پیشرفت در تشخیص بیماریها نیز قابل پیشبینی است، همانطور که دستگاههای جدیدی که بر اساس تشخیص DNA یا پروتئین پایه گذاری شده اند و میتوانند از مقدار ناچیزی خون به طور همزمان وجود چندین بیماری را تشخیص بدهند.
v در صنایع الکترونیکی، تولید کامپیوترهای سریعتر و بهتر در اندازههای بسیار کوچک مدنظر است. هم اکنون یک هد مغناطیسی با اندازة حدود نانو تولید شده که اطلاعات را از دیسک سخت میخواند. همچنین تراشه های حافظه با اندازة نانو مدنظر هستند که قدرت ذخیرهای برابر با هزاران تراشه فعلی را دارا خواهند بود.
v در علوم زیست محیطی، غشاءهای نانویی فیلترهایی برای سد نفوذ آلودگیها هستند و همچنین قادر خواهند بود تا آلودگیها را با روشهای شیمیایی یا بیولوژیکی پیدا کرده و برطرف کنند. بسیاری چالشها تا بیش از اینکه دانشمندان بتوانند پرده از راز جهان در مقیاس نانو بردارند، باقی خواهد ماند. طبق گزارش اخیر که توسط گروه IWGN ارائه شده است: این عرصه، امروز تقریبا همانجایی است که علم و تکنولوژی بدنبال ترانزیستورها در اواخر دهه های 1940 و 1950 قرار داشت".
اما با در دست داشتن ابزارهای جدید برای دیدن اشیاء کوچک، آزمایشگاهها در کشور کم کم به این مطلب پی میبرند که چگونه اتمها و مولکولها در یک ماده مرتب میشوند. تعدادی از آزمایشگاهها یاد میگیرند که چگونه مولکولها را در الگوهای خاص مانند هرم یا چند ضلعی، خود اسمبل کنند. این مطلب به عنوان یک گام مهم در جهت ساختن مواد نو توسط اتم با اتم به شمار میرود.
دانشمندان امیدوارند به زودی بتوانند موادی از نانو تیوبهای کربنی بسازند که ترتیب قرار گرفتن
اتمهای کربن در آن مانند قرار گرفتن مدادها در داخل یک جعبه است. چنین موادی یک _ ششم دانسیته فولاد را خواهند داشت و مقاومت آنها 50 الی 100 برابر است. آقای Richard Smalley، کسی که در دانشگاه Rice روی نانو تیوبها کار میکند میگوید: ما میدانیم که چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازیم و این که چگونه مواد دیگر را بپوشانند. این نانو تیوبهای کربنی، مطابق بسیاری از پیش بینیها یک روز تمام چیزها از ماشین تا هواپیما را میپوشاند تا به سطوح آنها استحکام و مقاومت و در نتیجه عمر بیشتری بدهد.
طبیعت برای میلیونها سال صاحب نانوتکنولوژی بوده است و دانشمندان مانند Smalley عقیده دارند که میتوان مطالب بسیاری را با نگاهکردن به سلولها آموخت. او میگوید که تمام آنزیمها در سلولهای ما نانوماشینهایی هستند که وظایف منحصر به فردی را جهت تکامل و رشد انجام میدهند.
گروه Nadrian Seeman در دانشگاه New Yourk تلاش میکند، یک مولکول بیولوژیکی دیگرDNA به عنوان جزء سازنده برای اشیاء سه بعدی به کار برد. آزمایشگاه وی اخیراً یک دستگاه نانو روبوتیک ساخت که از DNA ساخته شده بود و دو بازو داشت و میتوانست بین دو نقطة ثابت حرکت کند.
پژوهشگران میگویند که این وسیله گام اول به سوی توسعة نانوتکنولوژی است که یک روز خواهد توانست مولکولها را در نانو کارخانه هایی با همان ابعاد به کار گیرد.
برخی میگویند که ما زمانی قادر خواهیم بود تا همه چیز را از قطعات ریز بسازیم. مثلاً بدین صورت که به کامپیوتر تعدادی عناصر داده شده و به وی دستور داده میشود تا همه چیز، از سیب تا یک ماشین را بسازد. Schnider گفته است: این جادو نیست، این ایده جادو نیست.
قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
1. محصولات خود_اسمبل
2. کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3. اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
4. سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5. نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
6. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچههای دنیا
7. احیاء و سازماندهی اراضی
برخی کاربردها
مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل سازی مولکولی و شبیه سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America میگوید:"روشهای تجربی مستلزم بهرهگیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا میسازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانهای را در 24 ساعت شبانه روز انجام دهد. شیمیدانها میتوانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.
نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینههای آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه گذاری اولیه جهت تهیه نرمافزار و هزینههای وابسته از جمله سختافزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار میتوان هریک از هزینههای اولیه را نه تنها از طریق صرفهجویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه سازی فرآیندها و عملکردها میشود، جبران ساخت.
این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیهسازی چطور میتوانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار میشود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل میشود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه میشود. پیشبینی رفتار و خواص در محدوده ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.
مدلسازی رایانهای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیهسازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیشبینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر میسازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه سازی مولکولی عمل میکنند. میتوان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساختهشده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم2
نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیدههای نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافتهاند.
یک نانومتر چقدر است؟
یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازهای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.
امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman) ، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمیکند. وی اظهار داشت که میتوان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.
همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینههای نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد میآورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در میآیند. شاید در آیندهای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.
چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟
خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر میپذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود میآید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی میشود که پیش از این میسر نبود.
نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه میدهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.
ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایهها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایدهال میسازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سختتر و غیرشکنندهتر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم میکنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر میتوانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.
منافع نانوتکنولوژی چیست؟
مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمدهاند، شیشههایی که خودبه خود تمیز میشوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شدهاند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایهها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... .
در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتها ست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور درآن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.
علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.
میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) - مثل یک درخت یا یک میکروب - ساخته می شود. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال:
o ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نو
o ورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو
o کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی
o همه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف
o سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار
o شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری
o ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر
o از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی
o از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی
o سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند
o تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند ،
o و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر!
دکترDrexler در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی اظهار کرده است: "در جهان اطلاعات ، تکنولوژیهای دیجیتالی کپیبرداری را سریع، ارزان، کامل و عاری از هزینهبری یا پیچیدگی محتوایی نمودهاند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه میشود. هزینه تولید یک تن تری بیت تراشههای RAM تقریبا" معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد میشود".
دکترSmalley رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشف Buckyballs میگوید:
" نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد". در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط آقایان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است :
" تصور کنید قادرید با نوشیدن دارو که در آب میوه مورد علاقهتان حل شده است سرطان را معالجه کنید . یک ابر کامپیوتر را که به اندازه یک سلول انسان است در نظر بگیرید. یک سفینه فضایی 4 نفره که به دور مدار زمین میگردد با هزینهای در حدود یک خودروی خانوادگی تجسم کنید" .
موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتکنولوژی هستند. انسان در معرض یک انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است که ناشی از علم نانوتکنولوژی است. در آینده نزدیک گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری میگردند که قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا" تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهند شد. کالاهای مصرفی به وفور یافتشده ، ارزان، شیک و با دوام خواهند شد. دارو یک جهش سریع و کوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبکهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحتالشعاع این روند قرار خواهد گرفت.
سه فناوری تسخیرکننده
از طرفی شاید بتوان گفت تسخیرکنندگان علم و فناوری آینده در سه گروه فناوری اطلاعات، نانوفناوری و زیست فناوری خلاصه می شوند.
قرارگیری مقادیر و حجم زیادی از اطلاعات در فضائی کوچک از ابعاد هم گرائی نانوفناوری و فناوری اطلاعات می باشد از طرفی در زیست فناوری و یا به عبارتی برای زیست شناسان قرار گیری حجم زیادی از اطلاعات در یک فضای بسیار کوچک موضوعی بسیار آشنا می باشد.
در کوچکترین سلول انسانی همه اطلاعات مربوط به یک موجود زنده از قبیل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتی در قسمت بسیار کوچکی از سلول به نام DNA که شامل حدوداً پنجاه اتم می باشد همه این اطلاعات ذخیره می گردد ( نه تنها سطح یا به عبارتی تعداد اتم ها بلکه نحوه قرار گرفتن این زنجیره ها در ذخیره سازی اطلاعات زیستی اهمیت دارد). شاید یکی از علل هم گرائی این فناوری و فناوری اطلاعات وجود همین مسائل مشترک این سه فناوری است.
ابزارهای جدید برای کارهای ظریف
اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید که چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شدهاند تا نانوتکنولوژی در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیکی قرار گیرد، تقریبا" همه آنها به داستان میکروسکوپ پروب اسکنکننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتمها حفظ میشود. این فاصله میتواند آنقدر کم باشد که الکترونهای اتمهای تیرک و سطح با هم تعامل داشته باشند. این تعاملات میتواند آنقدر قوی باشد، که اتمها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند.)
اشاره میکنند. علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی، استفاده از میکروسکوپی تونلزنی اسکنکننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسیلهای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکروالکترونیکی دارند. STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازکشده به حد تیزی یک اتم آشکار میکند. پروب سطح را جاروب کرده، بینظمیهای الکتریکی حاصل از پوستههای الکترونی یا ابرالکترونی پیرامون اتمها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل میکند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به «تونلزنی»، الکترونها میتوانند به سادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاویر در حدود nm1 یا کمتر است. از STM میتوان برای جابجایی تک به تک اتمها و تهیه نقشههای پروضوح از سطوح مادی استفاده کرد.) ، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و دیگر تکنیکهای مشتقشده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی که از مقیاس نانومتر به دست می دهند، متداول و حتی گریزناپذیر شده است. ریچارد فینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد ایدههایی بنیادی در زمینه کوچکسازی نوشتجات، مدارها و ماشینها ایراد کرد : " آنچه من میخواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرهالمعارف بریتانیکا را جا داد." فینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تاکید نمودن بر عقیدهاش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزهای ، جایزههایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده ای در کوچکسازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد. فینمن تاکید کرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما میپنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی میکنم اگر قوانین آنچه ما میپنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکردهایم چون خیلی ساده هنوز درصدد انجام آن نبودهایم."
وضعیت جهانی
از فناوری نانو به عنوان "رنسانس فناوری" و" روان کننده جریان سرمایه گذاری " یاد می شود.ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد . هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبی، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر میبرند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای "برنامه ملی" یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند .
و امّا بطور کلی و خلاصه اینکه:
o نانوتکنولوژی چست؟
o نانوتکنولوژی مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانوتکنولوژی شکلدهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانوتکنولوژی در الکترونیک، زیستشناسی، ژنتیک، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بکار برده میشود.
o چرا " Nano"؟
o nano کلمهای یونانی به معنی کوچک است و برای تعیین مقدار یک میلیاردیم یا 9- 10 یک کمیت استفاده میشود. چون یک اتم تقریباً" 10 نانومتر است، این اصلاح برای مطالعه عمومی روی ذرات اتمی و مولکولی بکاربرده میشود.
o تفاوت بین نانوعلم و نانوتکنولوژی چیست؟
o نانو علم صرفا" تحقیق است ولی نانوتکنولوژی کاربرد تحقیقات برای حل مسائل و ساخت مواد جدید است.
o نانوتکنولوژی از کجا آمده است؟
o برای اولین بار ریچارد فینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانوعلم را در یک سخنرانی تکاندهنده با نام " درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد"، مطرح کرد . فینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را،که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند. این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلیMIT) ندای فینمن را شنید و یک قالبکاری برای مطالعه "وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند" ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقالهای با نام " پروتئین راهی برای تولیدانبوه مولکولی ایجاد میکند" آن را ارائه داد. درکسلر آن را با کتابی بنام " موتورهای خلقت" دنبال کرد و توسعه مفهوم نانوتکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه های ثبتشده از این مفهوم نانوتکنولوژی تغییر مکان دادن اشیا مولکولی، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادنIBM اتمهای منفردگزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM را روی سطح نیکل نقش کند.
o آیا نانوتکنولوژی خیالیتر از علم است؟
o از موقعی که اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتکنولوژی همانند چوبدست سحرآمیزی برای ساخت کودکان طراح تا ماشینهای تولید اکسیژن برای استعمار کره مریخ، تصور میشد. هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیشپا افتاده شروع شد.چند سال پیش محققین در دانشگاههای کالیفرنیا، رایس وMIT موفق به ساخت نانوذراتی شدند، که به دانشمندان کمک میکردند. تعدادی از اساتید این دانشگاهها شرکتهایی تأسیس کردند، که وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را میساختند. اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرایندهایشان را فراهم کنند. کاربردهای علمی نانوعلم هنوز کم است. اما مقداری از تولیدات اولیه اکنون وارد بازار میشوند.
o کارهای علمی انجامشده بوسیله نانوتکنولوژی چیست؟
o بیشترین کار علمی روی ایجاد تغییراتی در مواد شیمیایی یا نقشهبرداری از ترکیبات زیستی، مانند DNA و سلولهای سرطانی است. بعضی ازاولین محصولات تجاری، بهبود تولیدات شیمیایی کنونی یا روشهای پزشکی است
آشنایی با سانتریفوژ
رادیو دارو یا داروهای هسته ای چیست ؟
کاربرد رادیوداروها
روشهای تشخیص زنده
روشهای تشخیص زنده آن روشهایی هستند که در آنها یک رادیو دارو در سیستم یک مریض زنده ، بطریق خوراندن ، تزریق ، یا با استنشاق وارد میگردد. اشعه گامای نشر شده بوسیله رادیو داروها برای تامین اطلاعات مورد نیاز بر روی صفحه کامپیوتر قابل مشاهده هستند.
روشهای تشخیص غیر زنده
روشهای غیر زنده آنهایی هستند که روی نمونههای برداشته شده از یک مریض انجام میگیرد. تعدادی از این روشها مستلزم بکارگیری رادیو داروها است. ولی مهمترین آنها روش رادیو ایمونواسی (RIA) میباشد.
رادیو ایمونواسی و تاثیر آن در پزشکی
رادیو ایمونواسی نوعی تجزیه بطریق رقیق کردن ایزوتوپی (IDA) ، جزو استو کیومتری است که در آن عنصر مورد تجریه نشاندار و غیر نشاندار برای پیوند با مقادیر محدود مولکولی که بطور خاص با عنصر مورد تجزیه پیوند میدهد، رقابت میکند. RIA بطور گسترده در آزمایشگاههای پزشکی برای تعیین هورمونها ، داروها ، ویروسها ، و دیگر گونههای آلی در سطح جهان بکار میرود. شروع RIA به سالهای 1950 ، با بررسی S.Berson و R.Yalow برروی متابولیسم انسولین B1I در مریضهای دیابتی بر میگردد.کاربردهای درمانی تشعشع
کاربردهای درمانی تشعشع و رادیو داروها نسبت به کاربردهای تشخیص محدودتر هستند. زمانی که تشعشع برای درمان بکار میرود، مقصود نابود نمودن یک قسمت خاص از نسوج مریض با تشعشع است. چشمه تشعشع میتواند داخلی و خارجی باشد.چشمههای مورد استفاده در درمان
چشمههای خارجی تشعشع در حال حاضر اساسا در شکل باریکههای الکترونی یا اشعه ایکس است. بسیاری از دستگاهها میتوانند برای تولید این تشعشعات بکار روند. ولی شتابدهندهای خطی کوچک بیشترین کاربرد را دارند. الکترونهای با انرژیهای 4 تا 15 میلیون الکترون ولت برای درمان سرطانهایی که نزدیک سطح بدن هستند، مانند سرطانهای پوست ، سینه ، سر و گردن بکار میروند.آثار مخرب تشعشع بر سیستم زنده
آسیب تشعشع به سلولهای پستانداران را می توان به سه دسته تقسیم بندی کرد :آسیب قابل کشنده
تغییر شرایط محیطی پس از تابش اشعه ایکس به علت رخداد ترمیم PLD ، بر نسبت سلولهای زنده ناشی از تابش دزی معین تاثیر می گذارد . این آسیب بالقوه کشنده است زیرا تحت شرایط فیزیولوژیک طبیعی بیان آن به مرگ سلول منجر می شود . اما اگر در نتیجه دستکاری در محیط پس از تابش گیری ، بقا افزایش یابد، ترمیم PLD روی داده است.طب هسته ای مجزه قرن
یکی از روشهای تشخیصی و درمانی ارزشمند در طب، پزشکی هسته ای می باشد. که تبلور آن از ابتدا تا کنون تلفیقی از کشفیات مهم تاریخی بوده است. اولین جرقه در سال 1895 با کشف اشعه X و در 1934 با کشف مواد رادیواکتیو زده شد. اولین استفاده کلینیکی مواد رادیواکتیو، در سال 1937 جهت درمان لوسمی در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی بود. بعــــــد از آن در 1946 با استــــــفاده از این مواد توانستند در یک بیمار مبتلا به سرطان تیروئـــــید از پیشرفت این بیماری جلوگیری کنند. البته تا 1950 کاربرد کلینیکی مواد رادیواکتیو بطور شایع رواج نیافت و مسکوت ماند. طی سالهای بعد از آن متخصصین و فیزیکدانان به این واقعیت پی بردند که می توان از تجمع رادیو داروها در ارگان هدف تصاویری از آن تهیه نمود و یا به درمان بافت آسیب دیده کمک نمود. بطوریکه در اواسط دهه 60 مطالعات بسیاری در خصوص طراحی تجهیزات لازم آغاز گشت. در دهه 1970 توانستند با جاروب نمودن از ارگانهای دیگر بدن مانند کبد و طحال، تومورهای مغزی و مجاری گوارشی تصاویری را تهیه نمایند. و در دهه 1980 از رادیو داروها جهت تشخیص بیماری های قلبی استفاده نمودند و هم اکنون نیز با ضریب اطمینان بسیار بالایی از پزشکی هسته ای در درمان و تشخیص و پیگیری روند درمان بیماریها استفاده می گردد. طب هسته ای از جمله گرایش های تخصصی درشاخه های پزشکی است ودارای اهمیت و نقش قابل ملاحظه ای دربهبودی بیماران و مطمئن ترین روشها و سبکهای تشخیص اشعه ای برای تشخیص بیماریها و علاج آنها در عصر امروزی است.
6 تفسیر از شبیه سازی انسان دو
4)قصه خودمان گزارشى از آینده
در این روز از آینده مشابه سازى آسان تر از نوشابه سازى است و جهان هنوز سه قطبى است.جهان اولى ها همگى کلون شده هستند، جهان دومى ها مخلوطى از کلون شده ها و آدم هاى طبیعى هستند و در جهان سوم تعداد کم شمارى کلون شده در میان آدم هاى طبیعى زندگى مى کنند. این گزارش از جهان اول تهیه شده است.ابردستگاه آزمایشگاهى روى هر درجه اى که قرار بگیرد، نمونه تولید شده همان سن را خواهد داشت. درجه ها از صفر تا صد متغیر هستند و اعشار آنها بیشتر مورد استفاده عاطفى دارد. اگر درجه روى صفر قرار بگیرد، سن نمونه تولید شده برابر با عمر نوزاد تازه به دنیا آمده است و اگر روى عدد صد قرار بگیرد، یک پیرمرد یا پیرزن صدساله تولید مى شود. عدد بیست بیشترین درخواست را دارد و عدد صد کمترین را.در حال حاضر (از آینده) سرعت این ابردستگاه به شکل حیرت آورى زیاد شده است و یک ساعته یک نمونه انسان کامل تحویل مى دهد، در هر سنى که بخواهید، اما دانشمندان حتى به سرعت تولید یک آدم در یک ثانیه هم فکر مى کنند که فعلاً بلندپروازى است.
گروه هاى آنارشیست با کارشکنى هاى گسترده به دولت ها و دانشمندان اعتراض مى کنند. آنها مى گویند باید با تولید انبوه ابردستگاه ها، کلونیسم از کنترل دولت ها درآید و هر فردى یک ابردستگاه آزمایشگاهى داشته باشد تا هر وقت که بخواهد و هر چند تا که بخواهد خودش را تولید و بازتولید کند. دولت ها به دلیل کنترل جمعیت و مسائل امنیتى به شدت با این نظریه مخالفند. در همه کشورهاى جهان اول ابردستگاه در انحصار دولت ها است. مجازات آنارشیست ها در صورت اثبات اتهام کارشکنى آنها محروم شدن از کلون شدن است که به معناى اعدام است. زیرا پس از مرگشان نمونه مشابهى ندارند تا زندگى آنها را ادامه بدهد.
البته تا رسیدن به زمان مرگ بیشتر آنارشیست ها از رویه خود برمى گردند و شامل بخشودگى مى شوند.در این جهان مرگ از نظر معنا مرده است و انسان به جاودانگى اختیارى رسیده است. بعضى ها تا پیرى خود با خیال راحت سر مى کنند و سپس با کلون خود دوباره زندگى را آغاز مى کنند، ولى بیشتر مردم حوصله رسیدن به پیرى را ندارند و در میانسالى خود را از میان برمى دارند تا در نمونه جدید و جوان خود تجدید حیات کنند.تعداد کمى مایل هستند از نوزادى یا کودکى دوباره زندگى را آغاز کنند و ترجیح مى دهند، زنده بمانند تا کودکى خود را خودشان بزرگ کنند و بعد که نمونه خودشان به آب و گل رسید و توانست به طور مستقل زندگى کند، با خیال راحت نسخه کهنه خود را نابود مى کنند.قانون بر این مورد نظارت کامل دارد. هر آدمى آزاد است هر چند بار تا ابد خود را تکثیر کند، اما در آن واحد فقط مى تواند دو نفر باشد، خودش و نمونه بازتولید شده اش و اختیار با خودش است که بماند یا برود و بگذارد نمونه جدید زندگى او را ادامه بدهد.ریزتراشه هایى که همزمان با تولید نمونه در آن نصب مى شود، موجب کنترل الکترونیکى موالید مى شود که البته داده هاى بسیار زیادى روى ریزتراشه ها ضبط مى شوند.
اگر از یک نفر بیش از یک نمونه وجود داشته باشد، آژیرى در کامپیوتر مرکزى به صدا درمى آید و تعقیب و یافتن نمونه زیادى به سرعت برق ممکن مى شود.مرگ واقعى به معناى قدیمى آن وقتى اتفاق مى افتد که کسى از تکثیر خودش منصرف شود و بخواهد احتمال بالقوه تجدید حیاتش را هم نابود کنند که در آن صورت وصیت مى کند، جسدش را بسوزانند.اخیراً میزان انصراف از تکثیر خود و درخواست سوزانده شدن پس از مرگ بسیار زیاد شده که نشانه بروز بحران افسردگى شدید در این جوامع است.سلاح هاى پیشین منسوخ شده اند، زیرا پس از قتل کسى مى شود با فرستادن DNA مقتول به ابردستگاه یک ساعته او را بازتولید و زنده کرد. گرچه خیلى ها به دلیل عدم توانایى مالى باید مدتى در نوبت یا برزخ بمانند. شرکت هاى بیمه هزینه هاى یک بار تولید هر نمونه را تقبل مى کنند که این نوع بیمه اجبارى است.
اما براى احتمالات و تصادفات گوناگونى که در زندگى روى مى دهد، انواع بیمه ها وجود دارد که از عهده مالى همه افراد برنمى آید. به هر صورت حتى در صورت خاکسپارى یک فرد ندار، امکان بالقوه تجدید حیاتش همیشه وجود دارد.سلاح هاى آتش زایى که فرد را در یک آن خاکستر مى کند، ولى به اشیا و مکان ها آسیبى نمى رساند، سلاح رایج است. کافى است مشخصات ریزتراشه فردى به یکى از این سلاح ها داده شود، آن وقت از هر فاصله اى مى شود آن فرد را خاکستر کرد و سرقت داده ها از ابررایانه مرکزى و یا لو رفتن مشخصات فردى مهمترین شکل جنایت است.قوانین در عین ساده شدن پیچیدگى هاى خاص خود را دارند. از نظر قانون نمونه جدیدتر تا زمان ادامه زندگى نمونه والدش حق ندارد خود را تکثیر کند. باقى حقوق به طور مساوى میان نمونه قدیم و جدید تقسیم مى شود.
بسیارى از اختلاف ها و جرم ها از حقوق نابرابر میان نمونه قدیم و جدید ناشى مى شود.نظریه هاى مختلفى درباره روح با یکدیگر در چالش هستند. نظریه غالب این است که نمونه جدید تا زمان حضور منشاء خود یعنى نمونه قدیم فاقد روح است و به محض معدوم شدن نمونه قدیم روح آن به نمونه جدید منتقل مى شود. ولى مثل همیشه چالش بر سر استثناها و بى نظمى ها است و برخى جدل مى کنند که اگر کسى به فرض به طور غیرقانونى در آن واحد چند نمونه از خودش را تکثیر کند و بعد خود را معدوم کند، روح او در کدام یک از نمونه هاى جدید حلول خواهد کرد؟عده اى پاسخ مى دهند که چنین چیزى ممکن نیست. زیرا دولت به شدت بر تولید نمونه ها نظارت دارد و پاسخ داده مى شود که اولاً غیرممکن نیست و دوماً فرض آن غیرممکن نیست.جهان اولى ها بالاخره توانسته اند با موجودات سیاره اى بسیار دورتر از منظومه شمسى تماس برقرار کنند. در واقع آن موجودات با زمین تماس گرفته اند. پیام آنها پس از سفرى دراز و نورى در فضا بالاخره به زمین رسیده است و جهان اولى ها توانسته اند آن پیام را در جو زمین رصد و ترجمه کنند. موجودات این سیاره پس از طى پیشرفت هایى که براى مردم زمین قابل تصور و تخیل هم نیست، با یک توافق عمومى خودشان را تا حد میکروارگانیسم ها کوچک کرده اند و به آغاز پیدایش حیات بر روى سیاره خود بازگشته اند و فشرده تمدن خود را روى دیسکتى براى مردم زمین فرستاده اند. آنها با شیوه اى دور از تصور همه مظاهر زندگى و دستاوردهایشان را از روى سیاره شان محو کرده اند و خودشان هم با خاک و سنگ و املاح و آب یکى شده اند. پس از تهیه این گزارش مى خواهم داستانى بنویسم درباره عشق میان یک فرد کلون شده از جهان اول و یک فرد طبیعى از جهان دوم و یا سوم. اگر فرد کلون شده ریزتراشه اش را از بدن خود درآورد، امکان تولید مثل طبیعى براى او وجود خواهد داشت، اما امکان تکثیر او براى ابد از بین مى رود. فرد کلون شده از تکثیر و جاودانگى خود مى گذرد و به سوى ...ولى از آنجا که ممکن است آینده این مسیر را طى نکند، مى شود فعلاً در نوشتن این داستان دست نگه داشت.
5)سفید یا سیاه !
بشر نمیداند که آیا از آنچه که به دست آورده باید خوشحال باشد یا متأثر. این همهی آن چیزی است که درباره شبیهسازی (Cloning) میتوان بر زبان آورد.
علم اکنون به جایی رسیده است که میتواند نسخهای دقیقاً یکسان را از یک مولکول یا ارگانیسم تولید کند، سلولی را از سلولهای غیرجنسی انسانی بگیرد، تخمکن زن را تخلیه نماید و آن سلول را به رحم ماده ـ که فقط کار حمل و نگهداری بر عهده اوست ـ تزریق نماید.
این کار، یعنی کشت هسته سلول غیرجنسی در یک رحم طبیعی یا مصنوعی قدمی فراتر از تلقیح مصنوعی است. زیرا تلقیح مصنوعی همانند نوع طبیعی آن اسپرم و اوول، هر کدام با 23 کروموزوم با یکدیگر ترکیب میشوند تا 46 کروموزوم یک سلول انسان طبیعی ایجاد گردد. ولی در شبیهسازی تخمک هیچ نقشی در تهیه کروموزومها ندارد، زیرا سلول غیرجنسی برعکس سلولهای جنسی همهی 46 کروموزوم را به همراه دارد.
فرق دیگر شبیهسازی با تلقیح طبیعی این است که در اینجا سلول دهنده میتواند از یک زن یا مرد دیگر تهیه گردد، حتی میتوان از خود همان زنی که شبیهسازی در رحم او صورت میگیرد اخذ نمود.
آنها که این دانش را یک انقلاب میدانند بدون شک به بیراهه نرفتهاند. هر چند در اینکه آن را یک انقلاب سفید یا سیاه نامید هنوز حرف و حدیث بسیار است.
دانشمندان، حتی همه ابناء بشر همواره به دنبال یافتن عمری جاویدان بودهاند و این تحول یکی از ثمرات همه ساعاتی است که بشر برای یافتن عمر دائمی در تلاش بوده است.
ما در اینجا به جای اینکه همه گفتارمان را صرف تعریف و توصیف شبیهسازی یا یافتن تاریخچه و پیشینه برای آن کنیم، سعی داریم به صورتی موضوعی بدان پرداخته و با طرح سوالاتی، برای پاسخگویی به آنها بکوشیم.
سوالات فراوانی را میتوان مطرح نمود که ما در اینجا این موارد را برگزیدهایم:
1ـ آیا شبیهسازی خوب است یا بد و به عبارت دیگر مفید است یا مضر؟ 2ـ آیا این مسأله ممکن است یا غیرممکن؟ 3ـ قانونی است یا غیرقانونی؟ 4ـ مشروع است یا غیرمشروع؟ 5ـ چه اشکالات حقوقی در مسیر آن میتواند ایجاد شود؟ 6ـ نتایج جامعهشناختی آن چه خواهد بود؟ و در نهایت با نگاهی نو به شبیهسازی به بررسی مجدد و جداگانهای از دنیایی که به سمت شبیهسازی میرود خواهیم پرداخت.
1) استنساخ یا شبیهسازی مفید است یا مضر؟
صحبت از فهرست نمودن منافع و مضرات شبیهسازی فرصت مفصلی را میطلبد. در این قسمت به طور اجمالی به این موضوع میپردازیم که آیا شبیهسازی خواهد توانست برای بشریت مثمرثمر باشد؟
آیا رسیدن به فناوری زیستی در خصوص شبیهسازی راهگشای نیازهای ما خواهد بود؟
در اینکه هر دانشی مفید است یا مضر و صرف اینکه یک دانش میتواند مفید باشد یا خیر حرف بسیار است. آیا اینکه علمی را به عنوان دانش مضر معرفی کرد یا نه از ساحت بحث ما فراتر است و فقط به همین مقدار بسنده میکنیم که گذاردن نام دانش بر هر چیز جدیدی برای تطهیر آن از دامن عیوب و مضرات کار لغوی است، همچنان که مضر خواندن هر نوآوری نیز به بهانه ایجاد رفورم و اصلاح به همان اندازه لغو و بیهوده به نظر میرسد.
بحث ماهیتی در اینکه یک علم میتواند مضر باشد یا خیر به تنهایی نمیتواند چندان مفید فایده باشد و در مورد علم شبیهسازی نیز بایستی از علم بودن آن مطلع شد، منافع و مضرات آن را شناخت و پس از سبک و سنگین کردن آنها به این پرسش و پرسشهایی از این دست پاسخ داد.
باید اذعان کرد هرچند تاکنون منافع چندی را برای دانش شبیهسازی برشمردهاند، مضرات آن هنوز بر فواید آن میچربد. این به سبب نو بودن شبیهسازی است.
در فایدههایی که برای این علم برمیشمرند میتوان به اموری همچون امکان ایجاد ژندرمانی و علاج بیماریهای صعبالعلاج در سایه به ثمر رسیدن این دانش اشاره کرد.
علاوه بر این به امکان بچهدار شدن جفتهای نازا آن هم از ژن یکی از آن دو نیز اشاره شده است. فراتر از اینها در سایه این علم میتوان امیدوار بود که سلولهای آسیبدیده یک شخص قابل تعویض باشند و یا امکان دارد که با شبیهسازی بتوان اعضایی چون قلب را، به افراد محتاج پیوند زد.
اینها از جمله منافعی است که برای دانش استنساخ فهرست کردهاند ولی به عللی که در قسمت آخر مقاله بدان خواهیم پرداخت بشر امید چندانی به امکان استفاده از این امتیازات ندارد. این مسأله فراتر از اشکالات فنی است، یعنی بیشتر از آنکه نگران آن باشیم که علم شبیهسازی چه زمان به این چنین پیشرفتهایی خواهد رسید باید نگران مسائل دیگری باشیم، زیرا به قول یکی از دانشمندان که در این عرصه به مطالعه پرداخته، اینکه فقط از نقاط مثبت دانش مزبور استفاده شود بسیار سادهلوحانه است ـ خصوصاً در دنیای حاضر ـ.
در مضرات این علم بایستی قائل به تفکیک بود. یک سری زیانها هستند که از سوءاستفاده از این دانش بروز میکنند، یعنی بیشتر از آنکه نتیجه مستقیم فناوری ژنتیکی باشند نتایج غیرمستقیم آن در اثر سوءاستفاده از تواناییهایی است که این دانش در اختیار بشر لجامگسیختهی عصر حاضر قرار میدهد.
شاید مهمترین یا به عبارت دیگر خطرناکترین زیان، شکلگیری بردهداری نوین باشد. تأسیس یک جامعهی شبیهسازی شده با همهی خصوصیاتی که برای این دانش برخواهیم شمرد این خطر را در پی خواهد داشت که بشر با سوءاستفاده از این فرصت نظام بردهداری جدیدی به راه بیاندازد. چنان که اشاره شد میتوان بشر جدیدی ایجاد کرد که در رحم مصنوعی خلق شده و هیچ اصل و نسبی هم ندارد و علاوه بر آن به راحتی با ژنهای او که عصاره حیات او به شمار میآیند بازی کرد. مسأله بعد که از سوءاستفاده از این دانش نشأت میگیرد، درهم شکستن اصل زوجیت است. چنانچه قرآن کریم نیز به این مسأله اشاره داشته و بنابر کشفیات اخیر دانش زیستشناسی هم مشخص شده است که همه موجودات به صورت زوج خلق شدهاند. البته با دیدی دقیقتر باید علاوه بر آسیب دیدن اصل زوجیت به این مسأله نیز اشاره کرد که بنیاد خانواده نیز با این مسأله در معرض آسیب قرار میگیرد. چنانچه میتوان استعداد جامعه کنونی علیالخصوص جامعهی غرب را در از همپاشیدگی بنیاد خانواده بر این مسأله افزود.
سوءاستفاده دیگری که ممکن است انجام گیرد، ایجاد انسانهایی است که ممکن است به وجود بیایند تا به عنوان انبار وسایل یدکی در اختیار صاحبان ثروت قرار گیرند. انسانهایی که وقتی نیاز شد قلب و کلیه و دیگر اجزای بدنشان از وجود آنها برداشته شده و برای رسیدن انسان به جاودانگی به آنها چوب حراج زده شود. البته موارد سوءاستفاده ممکن است هر روز بیشتر شود ولی این بخش را با دو مورد امکان سوءاستفاده دیگر به پایان میبریم.
الف) بعید نیست انسان پیشرفته قرن 21 به مدد این دانش و برای اصلاح بشر و به اصطلاح ایجاد جامعهای با بهترین کیفیت نژادی (!)، بازاری به راه بیاندازد که در آن کلوندهندگان، نژادهای برتر و حتی افراد مشهور همچون هنرمندان و بازیگران سینما و … باشند.
ب ) عین هم بودن یا شبیهسازی افراد بشر در دانش شبیهسازی امکان بیشتری دارد، زیرا در تلقیح طبیعی کروموزومهای انسان ایجاد شده از دو نفر اخذ شده و این مسأله باعث میشود که شخص شباهت به دو نفر داشته باشد. ولیاخذ تمام کروموزومها از یک شخص، امکان شباهت والد و مولود را بیشتر میکند ـ اگر بتوان اعتقاد به والد و مولود بودن آنها داشت ـ
همین قضیه نیر امکان سوءاستفاده از این شباهت را بالا میبرد ولی باید اقرار نمود که همهی اینها بیشتر از اینکه مستقیماً از شبیهسازی ناشی شوند در اثر سوءاستفادههایی است که بیشک از آن به عمل خواهد آمد.
مسأله بعد آسیبهای مستقیمی است که دانش ژنتیک جدید قادر به حل آنها نیست. یکی از این موارد امکان بالای جهش ژنی و ایجاد اختلالات جسمی و عقلی فراوان در این پروسه است که هنوز شیمیدانها و زیستشناسهایی که در این عرصه فعالند نتوانستهاند راهحلی برای آن بیابند. انستیتو روزلین ـ که زادگاه اولین حیوان شبیهسازی شده به شمار میرود ـ خود بر خطرات فراوانی که این دانش برای فرزندان خود ایجاد میکند هشدار داده است.
برخی ژنها که در اصطلاح زیستشناسی به آنها ژنهای بدخیم گفته میشود، گاه نهفته و گاه آشکار ایجاد میشوند. استفاده از روش استنساخ امکان فعال شدن این ژنها را نیز بالا میبرد و شبیهسازی بر این مسأله نیز توان استیلا نیافته است. دانش سقط جنین نیز بالا میرود، چنانچه از هر چند صد مورد باروری انجام شده تنها یک مورد به نتیجه میرسد و این خود ناشی از شکستن ژنهاست که در نتیجه آن درصد کورتاژ بالا میرود.
امکان ایجاد شخصیت بینابینی در افراد شبیهسازی شده، از دست رفتن تنوع ژنتیک که دلیل اصلی مقاومت نوع بشر در برابر بیماریهاست، خطاهای زیادی که در اثر استفاده از این روش به وقوع میپیوندند و همچنین ایجاد جامعه بیهویت و بیاصل و نسب از دیگر نتایج مستقیمی است که از این دانش عاید بشر میگردد. دست آخر هم اینکه بتوان بر این مشکلات فائق آمد یا خیر در تخصص رشته زیستشناسی بوده و ما را بدان دیار راهی نیست.
2) این کار ممکن است یا غیرممکن؟
هر چند موافقان اندک و مخالفان بسیار زیاد شبیهسازی از هم اینک غوغای شگرفی در رد یا قبول آن به راه انداختهاند ولی باید اشاره کرد که فناوری شبیهسازی هنوز در ابتدای راه است. با توجه به نتایج به دست آمده در تحقیقات انستیتوها و مؤسساتی که در این زمینه فعال هستند بایستی گفت که هنوز راه نرفته زیادتر از مسیر طی شده در این دانش است. حتی میتوان قدمی فراتر گذاشت و اذعان کرد که تنها بشر میتواند شبیهسازی کند. البته یک سری ادعاهای غیرثابت شده نیز هستند که هنوز در صحت و سقم آنها حرف و حدیث بسیار است، از این رو که مدارک علمی چندانی برای اثبات آنها ارائه نشده است. چندی پیش ادعا شد که زنی 30 ساله یک انسان شبیهسازی شده را به دنیا آورده ولی همان گونه که گفتیم مدارک علمی قطعی در این باره در دست نیست. آن طور که در مضرات این علم نیز اشاره شد، هرچند مراحل کاشت و داشت به عمل میرسد، ولی همواره در مرحله برداشت و پس از آن، انسان شبیهسازی شده با مانع سختی روبهروست. موفقیت وضع حمل زنده، 3% کل تولدها اعلام شده و هماکنون ـ با مدارک متقن ـ فقط یک مورد شبیهسازی قطعی به جهانیان معرفی شده است که گوسفندی است به نام دالی. این گوسفند نیز دچار پیری زودرس شده و پس از تحمل بیماریهای مختلف چندی پیش درگذشته است.
3) قانونی است یا غیرقانونی؟
شیراک، رئیس جمهور فرانسه در یک موضعگیری آشکار، شبیهسازی را اقدامی جنایتکارانه خواند و خواستار ممنوع شدن آن شد. علاوه بر فرانسه، آلمان نیز به مخالفت با این پدیده برخاسته است. WHO (سازمان بهداشت جهانی )، یونسکو و یا نهادهای بینالمللی دیگر نیز به همان راه رفتهاند. سازمان بهداشت جهانی در قطعنامهای که به تصویب اکثریت اعضای آن رسید آن را غیرقابل قبول خواند و یونسکو نیز از سازمان ملل درخواست کرد تا با صدور بیانیهای خواستار توقف فعالیت شرکتهایی شود که در این زمینه مشغول فعالیت هستند. علاوه بر اینها قواعد داخلی کشورهای پیشرفته از جمله آلمان، ژاپن، فرانسه، نروژ و استرالیا از هم اینک علاوه بر هر گونه تحقیق، تولید محصولات شبیهسازی شده را نیز ممنوع کردهاند. در آمریکا نیز هرچند کنگره سابق در این زمینه تساهل به خرج داده ولی هماینک موضعگیریها به سمت ممنوعیت این پدیده به پیش میرود. از جمله موضع جورج بوش را میتوان مثال زد. وی بر ممنوعیت پژوهش روی سلول وراثتی تأکید کرد. با همه این احوال، سنا قواعد محدودکنندهای را که از تصویب کنگره حاضر گذشته بود تصویب نکرد ـ هرچند دلایل آن را اشکال در قواعد فنی و حقوقی این پیشنویس عنوان کردهاند ـ
چنانچه گفتیم، کشورهای پیشرفته و صاحب فناوری موضعی منفعلانه و دافعانهای در این خصوص بروز دادند. آنها ترس یا حتی وحشت عجیبی از دنیای شبیهسازی شده دارند و به نظر میرسد هرچه میگذرد این واهمه، شدت بیشتری میگیرد. دولتهای صاحب تکنولوژی بیشتری به صف مخالفان این فناوری میپیوندند و به نظر میرسد برای اینکه این قواعد، بینالمللی نیز بشود وضعیت مساعد است و لازمه آن پا پیش گذاشتن کمیسیون حقوق بینالملل و تهیه پیشنویس کنوانسیون لازم و ارائه آن به سازمان ملل است تا بدین طریق، این وحشت عمومی با دافعهای جهانی مواجه گردد.
4) مشروع است یا غیرمشروع؟
در سطور بالا به قانونی بودن یا قانونی نبودن این مسأله پرداختیم ولی مسأله بعدی وجههی شرعی آن است. در این باره میتوان به نظرات علمای اسلام و مسیحیت اشاره کرد.
واتیکان با صدور بیانیهای با این فناوری مخالفت کرد. موضع کاتولیکها هماهنگ با حرکت جهانی توقف این فناوری است. واتیکان آن را پیامد باوری وحشیانه خواند که فاقد اصول اخلاقی و انسانی است. کاتولیکها مدعی هستند که ادامه تلاش بشر و رسیدن به یک جامعه شبیهسازی شده راه را بر نوعی بردهداری هموار میسازد.
هرچند هنوز هیچ کشور اسلامی قابلیت استفاده از دانش شبیهسازی را ندارد، ولی نهادهای اسلامی در این باره موضعگیری کردهاند. مجمع اسلامی الازهر، شبیهسازی انسان را حرام دانسته و مدعی شده است که باید جلوی آن را گرفت. این مجمع علمی، شبیهسازی را از نظر اسلام مضر خوانده است، زیرا معتقد است که خدا انسان را احسن مخلوقات خود معرفی کرده است و دخالت را در آن، دخالت در عالیترین صنعت خداوند برشمرده است ـ به نظر میرسد که علمای عامه قدرت خداوند را قابل دسترسی تصور کردهاند.
مفتی مصر نیز مدعی است شبیهسازی با بسیار ضروریات دین مغایر است، شورای پژوهش های اسلامی الازهر نیز آن را حرام اعلام کرد. البته عدهای از علمای عامه (سنی) نیز بودهاند که شبیهسازی محدود را آن هم برای یک عضو معین مطلوب شمردهاند.
دکتر رأفت عثمان رئیس دانشکده حقوق الازهر مصر این نظر را ابراز داشته که در ادامه به بیان و نقد آن میپردازیم.
او برای شبیهسازی چهار حالت متصور است. حالت اول آن است که هسته سلول غیرجنسی از شوهر همان زنی اخذ شود که شبیهسازی در رحم او به وقوع میپیوندند. در حالت دوم این هسته از سلول غیرجنسی یک مرد اجنبی اخذ میشود. حالت سوم استیفای آن از یک زن بیگانه است و حالت آخر اخذ آن از بدن همان زنی است که سلول در بدن او کاشته خواهد شد.
دکتر رأفت عثمان از بین این چهار مورد، مورد اول را میپذیرد ولی با سه شرط: اول آنکه آنها از راه طبیعی بچهدار نشوند. دوم، اطمینان حاصل کنند که طفلی که متولد خواهد شد طبیعی بوده و هیچگونه نارسایی زینتی در وجود او نخواهد بود و سوم، اطمینان حاصل نمایند که این طفل شبیهسازی شده در صورت حضور در جامعه هیچ خطری برای آن به حساب نخواهد آمد.
هرچند این نظر، جدید به نظر میرسد ولی در مورد محرومیت این طفل متولد شده با اقوام نسبی جای حرف و حدیث است و شاید حتی بتوان گفت او برای این طایفه محرم نخواهد بود. حتی از آنجا که در تعریف فقهی، فرزند به کسی اطلاق میشود که از سلول جنسی یک پدر ایجاد میشود، در رابطه پدر و فرزند و مادر و فرزندی مشکل وجود خواهد داشت که در این باره بیشتر سخن خواهیم گفت.
شاید صدای بیشترین موافقتها با شبیهسازی از نای فقهای شیعه برخاسته باشد. سید سعید حکیم یکی از فقهاست. وی هرچند مخالف تلقیح مصنوعی است و آن را با حکم احتیاط واجب، رد میکند ولی مدعی است در اسلام دلیلی بر حصر تولید مثل از راه طبیعی نداریم. او آنچه حرام است را سوءاستفاده از نتایج این علم میداند و معتقد است هر علمی که از آن سوءاستفاده شود حرام خواهد بود ولی بر اباحه اصل آن به واسطه این حرمت نمیتوان صحه گذارد.
محمد حسین فضلالله نیز بر جواز اصل قضیه تأکید دارد. چون معتقد است که این قضیه خلقت از عدم نیست. البته همه فقهای شیعی با این رای همراه نیستند. چنانچه در قم، آیتالله صانعی با آن به مخالفت برخاسته است و حتی برای آن تعزیر نیز قائل است . هرچند ایشان نیز بر امکان استفاده از جنبههای علمی تأکید مینماید. حتی به نظر میرسد منظور ایشان از تعزیر، تعزیر سوءاستفادهکنندگان از این دانش باشد.
6)خط تولید بشر
شبیهسازی گونه بشر، حامل مخاطرات و تهدیدهایی برای حیات آدمی و طبیعت است. در سایه چنین پیشرفت خارقالعادهای است که «انسانیت» به حاشیه رانده میشود و فرزندان نسل بشر به کالاهایی در عرصه بازارهای جدید زیستی مبدل شده و زمینه خلق تجارتی سودآور را برای بشر دمدمی مزاج مدرن فراهم میسازد. در چنین شرایطی است که آدمی در یک خط تولید، آن گونه که خود میخواهیم، تحت دستکاری مهندسان حیات قرار میگیرد و در قالب یک کالا تولید میشود.
آدمی هم اکنون موقعیتی خطیر را تجربه میکند. در پیش روی ما چشمانداز قریبالوقوع شبیهسازی انسان ترسیم شده است. تحقق این شاهکار خارقالعاده، چیزی جز خدایی کردن آدمی در مسیر تعیین سرنوشت خود نیست؛ تعیین سرنوشتی که با پیامدهای شومی برای آینده تمدن بشر همراه خواهد شد. هم اینک محققین و دانشمندان، نخستین آزمایشهای خود را در این باره انجام دادهاند و جهان بیصبرانه و مشتاقانه در انتظار تحقق چنین رجعیتی است.اگرچه چنین موضوعی، بسیاری را نگران ساخته، اما حامیان چنین تکنولوژیای این سؤال را مطرح میکنند که چه دلیلی برای عدم استفاده از آن وجود دارد؟ چرا یک زوج نابارور نتوانند از این میراث ژنتیکی خود عدول کنند و برای بچهدار شدن، حق انتخابی داشته باشند؟
اما از سوی دیگر، تعدادی از عالمان اخلاق، کم و بیش و به دنبال انزجار برخی از تحقق چنین چشماندازی، مخالفتهایی را نسبت به این موضوع از خود نشان دادهاند که البته مخالفتهایشان و نیز نگرانیها و تردیدهایشان از این مقوله، به مسائلی همچون تضمین بیخطر بودن آزمایشها و سلامت نوزادان خلاصه شده و بعضاً نگرانیهایشان به موضوع نابودی و به کنار گذاشتن برخی رویانهای تولیدی در روند شبیهسازی مرتبط میشود، اما متأسفانه موضوعات بس اساسیتر و جدیتری مورد بیتوجهی قرار گرفته است.
بیشک شبیهسازی انسان با مسائلی اساسی و در رأس آن با مسائل مرتبط با ماهیت و ارزش آدمی پیوند خورده است. هیچ رویدادی در طول تاریخ حیات بشر، توان چنین تأثیرگذاریای را بر آینده انسان نداشته است؛ که دلایل متعددی هم برای این ادعا وجود دارد. نخست اینکه، تصور واقعی ما از حیات، ریشه در روابط جنسی و رابطه زیستی زن و مرد دارد. بخش مهمی از تاریخ تمدن ما از آداب و رسوم ازدواج گرفته تا مفهوم خانواده، قبیله و ملت، در رابطه تنگاتنگ با مسائل جنسی ما بوده است. همواره آدمی به تولد فرزندانش به مثابه موهبتی الهی نگریسته و همراه شدن اسپرم زن و مرد، خود نمایانگر تسلیم شدن آدمی در برابر نیروهایی است که همواره خارج از کنترل بشر بوده است. آمیزش زن و مرد همانا به منزله نوعی خلقت جدید و منحصر به فرد و البته محدود بوده است.
دلیل نفرت ذاتی بسیاری از شبیهسازی، معلول این واقعیت است که چنین پدیدهای میتواند به آغاز سفر جدیدی تبدیل شود که در آن «موهبت حیات» رفته رفته به حاشیه رانده میشود و نهایتاً هم مورد بیتوجهی قرار میگیرد. موضوعی که ماحصل آن، تبدیل فرزندان جدید ما به کالاهایی در عرصه بازار خواهد بود؛ کالاهایی که جز جز آنها از پیش طراحی شده، تولید میگردند و در بازارهایی جدید عرضه میشوند.
شبیهسازی در وهله نخست، نه یک خلقت که همانا یک «تولید» است. استفاده از فنآوریهای جدید زیستی این امکان را فراهم میآورد تا موجودی جاندار در یک خط تولید، آن گونه که خود انتظار داریم، تحت مهندسی قرار گرفته و تولید شود. هنگامی که از استانداردهای مهندسی صحبت به میان میآید، نخستین موضوعی که به ذهن متبادر میشود، همانا کنترل کیفی و نتایج قابل پیشبینی محصول تولیدی است و این دقیقاً همان وضعیتی است که درباره شبیهسازی هم متصور است. برای نخستین بار در طول تاریخ، میتوانیم ساختارهای ژنتیکی فرزندان خود را به دست و به خواست خود تعیین کنیم و ماحصل آن نه یک خلقت منحصر به فرد که تولید و به عبارت دیگر نوعی تکثیر است. شبیهسازی انسان بیشک نوید دهنده آغاز تمدن به نژادی سوداگرانهای است که در دنیای جدید و شکوهمندی (!) که در آن تکنولوژیهای نوین در روند بهبود وضعیت فرزندانمان گوی سبقت را از هم میربایند، به ما این امکان را میدهند تا شاهد پیدایشی دیگر در عرصه حیات باشیم. در چنین عصری است که هر انسانی میتواند به خدایی در مسیر تولید فرزندانش بر پایه میل و اراده خود تبدیل شود.
در آینده و یقیناً تا زمانی که فرزندان امروز ما به دوران بزرگسالی خود میرسند، امکان تغییرات ژنتیکی در سلول و رویانهای اهدایی میسر خواهد شد و بیشک، خلق نمونههای سفارشی از نمونه اصلی، به یک واقعیت مبدل میشود و این همان چیزی است که چندی پیش یان ویلموت در تولید دومین گوسفند شبیهسازی شده خود آن را عملی ساخته است. اگرچه تولد این گوسفند یعنی «پالی» به اندازه اولین گوسفند یعنی «دالی» مورد توجه قرار نگرفت، اما این تولد حقیقتاً تولدی رعبآور و شومتر از تولد نمونههای نخستین خود بود. بر اساس الگوی تولد پالی است که دانشمندان میتوانند گونههای سفارشی بیشماری را به خواست مشتریان خود تولید کنند.
آیا کسی میتواند در این باره، ذرهای شک و تردید به خود راه دهد که آنچه را که ویلموت درباره پالی به کار بسته، در آینده توسط صنعت بیوتکنولوژی برای تولید فرزندان سفارشی مورد استفاده قرار خواهد گرفت؟ باز هم حامیان شبیهسازی در این باره ابراز میدارند که مگر این اشکالی دارد؟ و اصلاً اگر پدر و مادری بداند که احتمال انتقال استعدادهای ژنتیکیاش همچون استعداد بیماری قبلی و یا سکته یا سرطان به فرزندان وجود دارد، آیا خود را متعهد به حذف چنین ژنی نمیبیند؟ اما سؤال اساسی در این باره آن است که به راستی حد و مرز توقف کجاست؟ آیا تنها به همین موارد محدود میشود یا اینکه به حذف مسایل و مشکلات پیش پا افتاده دیگری هم خواهد انجامید؟
اما از منظری دیگر، گسترش چنین تکنولوژیای، مبین نوع جدیدی از جاودانگی و فناناپذیری خواهد بود. در چنین بستری است که هر نسلی میتواند به هنرمندی غایی تبدیل شود و دائماً ویژگی ژنتیکی همنوعانش را مطابق میل و سفارش دیگران روزآمد نماید تا بالاخره به آن الگوی ایدهآلش یعنی رسیدن به یک گونه ژنتیکی کامل و بیعیب برسد.
سادهلوحانه است اگر تصور کنیم که تنها مردم کمی به استفاده از این فرصت پیش آمده روی خواهند آورد. هم اکنون محققین بسیاری در مراکز ناباروری از همجوم افرادی خبر میدهند که به رغم تواناییشان در زاد و ولد، خواستار استفاده از این تکنولوژی در تولید فرزندانشان هستند.
اما آن تهدید اساسی که در نتیجه شبیهسازی، آدمی را متوجه خود میسازد و تا کنون هم توسط دانشمندان، علمای اخلاق، سیاستمداران و شرکتهای فعال در عرضه بیوتکنولوژی ابراز نشده، آن است که در جامعهای که مردم به طراحی امیال و مهندسی استانداردهای مورد نظر خود در روند تولید فرزندانشان اقدام نمایند، چه رفتاری با کودکان غیرشبیهسازی شده و غیرسفارشی به عمل خواهد آمد؟ و اصلاً نگاه جامعه به کودکی که با نوعی ناتوانی به دنیا آمده است، چه خواهد بود؟ آیا چنین جامعهای، چنین کودکی را برمیتاید و یا اینکه به وی به مثابه موجودی که حامل خطا در رمزهای ژنتیکیاش است و یا به بیان سادهتر، به مثابه یک محصول معیوب نمینگرد؟ بیشک نسلهای آینده در برابر چنین کودکانی و نیز کودکانی که تحت مهندسی قرار نگرفتهاند و از ضوابط و استانداردهای ژنتیکی حاکم در بازار زیستی ـ صنعتی به دورند، تحمل کمتری از خود نشان میدهد و در صورت تحقق چنین مسألهای، آدمی آن سرمایه ارزشمند، یعنی احساس همدردی و انساندوستی خود را از دست خواهد داد، چرا که در دنیایی که آدمی به این نحو به دنبال به کمال رسانیدن فرزندان خود است، دیگر جایی برای بقای چنین احساسی باقی نخواهد ماند.
منابع:
http://www.bashgah.net
http://www.jazirehdanesh.com
ماه نامه - سیاحت غرب - 1383 - سال دوم، شماره 16، آبان
6 تفسیر از شبیه سازی انسان
1)چگونه پدیده شبیهسازی از کنترل خارج میشود؟
شبیهسازی انسان، به استناد ضرورت کارهای تحقیقاتی برای شناخت و درمان بیماریها، نمیتواند مانع از خطرات عظیم و بالقوهی این عمل برای آیندهی جامعهی بشری شود. قانونی شدن این امر، زمینهی تبدیل عمل زاد و ولد انسان به نوعی تولید صنعتی که در آن کودکان به اشیای دستکاری شده و محصولات مطابق با خواست و ارادهی ما، تبدیل خواهند گشت را فراهم میآورد.
کوتاهیهای کنگره پیشین آمریکا، در ممنوع ساختن شبیهسازی انسان، توانایی ما را در کنترل استفادههای غیراخلاقی از بیوتکنولوژی ـ حتی زمانی که این گونه استفادهها آن مسایل وموضوعاتی را که برای ما ارزشمند هستند، با تهدید خود مواجه میسازد ـ مورد تردید جدی قرار داده و از همین رو است که کنگره جدید بایستی برای حذف این سد قانونی، اقدام لازم را به عمل آورد.
تقریباً در آمریکا همه در مخالفت با شبیهسازی، متفقالقولند و اکثریت عظیم مردم با آن مخالفند. عمده دانشمندان و محققین نیز بر این باورند که بایستی شبیهسازی به عنوانی عملی غیرقانونی معرفی گردد و حتی یکایک اعضای کنگره نیز آن را محکوم نمودهاند. واقعیت آن است که شبیهسازی علاوه بر آن که حامل مخاطرات و آسیبهای جدی بر بدن کودک شبیهسازی شده است، ارزش و جایگاه تولیدمثل بشری را مورد تهدید واقعی خود قرار میدهد. همچنین، شبیهسازی، امکان کنترل ژنتیکی بیسابقه و بیمانندی را بر نسل بعدی فراهم میآورد و از همین رو است که این عمل، به عنوان اولین گام تحقق دنیای «به نژادی» که در آن کودکان به اشیای دستکاری شده ومحصولات مطابق با خواست و اراده ما تبدیل خواهند گشت، محسوب میشود.اما به رغم چنین نگرانیهایی، قوانین موردنظری که ممنوعیت شبیهسازی را به همراه داشت، از تصویب مجلس سنا بازماند که البته مانع اصلی تحقق چنین خواستی، ابهام پیرامون دو موضوع «تحقیق در مورد سلولهای غیرجنسی» و «تحقیقات بر روی رویانها» بود که گرهگشایی از این دو موضوع، میتواند راهکار تصویب قوانینی مسوولانه برای ممنوع ساختن شبیهسازی در ایالات متحده به حساب آید.
در ابتدا ما باید حقایقی را برای خود روشن سازیم. تمام فرآیندهای شبیهسازی انسان با یک عمل مشابه آغاز میشود و آن هم تولید رویان شبیهسازی شده انسان است. توسل به این شیوه برای تولید نوزاد انسان، مستلزم کاشت رویانهای شبیهسازی شده در بدن زنان و رشد آن تا هنگام تولد است، اما شبیهسازیهایی که در راستای تحقیقهای زیستی ـ پزشکی صورت میپذیرد، برخلاف نمونه قبلی، مستلزم تشریح و دستکاری رویانها خارج از بدن و با هدف تسلط بر سلولهای غیرجنسی است.
امروزه مباحثهها و مجادلههای موجود، حول ممنوعسازی اولین شیوه و بعضاً حول هر دو شیوه مذکور دور میزند، اما مسلم آن است که لحاظ نمودن مسایل اخلاقی و واقعبینانه ایجاب میکند که حداقل اگر شبیهسازی بااهداف تحقیقاتی ادامه مییابد، شبیهسازی انسان ممنوع گردد.
نکته مهم دیگر آن است که مباحث صورت گرفته در این باره، نه تنها ناکافی بوده، بلکه بر حول موضوعاتی اشتباه و نامرتبط با اصل مطلب، معطوف شده است؛ به طوری که در چنین فضایی، طرفداران شبیهسازی با اهداف تحقیقاتی، غالباً بر آن بودهاند تا با توسل به این ادعای واهی که این شیوه، اصلاً شبیهسازی نیست و رویانهای تولیدی اصلاً به معنای واقعی، رویان نیستند، در پی تحریف واقعیت و خلط موضوع برآیند.
از سوی دیگر، مخالفین این گونه تحقیقات، صرفاً فکر و ذکر خود را به ممنوع ساختن این شیوه، معطوف ساخته و از این رو، از اصل مطلب بازماندهاند و نتیجه آن چیزی جز این نیست که این نیروی گسترش یافته برای کنترل و دستکاری بر حیات بشری و شیوههایی که شبیهسازی را به یک واقعیت مبدل میسازد، خلق کودکان شبیهسازی شده را به امری رایج تبدیل میکند.
درست است که این گونه تحقیقات، میتواند به ارمغان آورنده امیدی برای شناخت و درمان بیماریها باشد، اما نباید با توسل به ادعاهایی مبنی بر ارزش و یا ضرورت این گونه تحقیقات، خود را فریب دهیم، چرا که اصلاً در این باره، هیچ سابقه و پیشینه قابل قبولی ـ حتی در مورد حیوانات که عمدتاً در عرصه پزشکی به عنوان توجیهی برای بسط این تحقیقات بر روی انسان شناخته میشود ـ در اختیار نداریم.
امروزه گزینشهای ژنتیکی رویانها در حال تبدیل شدن به یک صنعت روبهرشد میباشد. برخی از کارشناسان، چنین رویکردی را به مثابه شیوهای برای خلق کودکانی که از لحاظ ژنتیکی سالم و بینقص هستند، میستایند، اما مسلم است که به رغم همه ادعاهای موجود، توسل به این ادعا که شبیهسازی انسان صرفاً به زوجهای نابارور، شبیهسازیهای تحقیقاتی فقط به مطالعه درباره بیماریها محدود خواهد شد، نگرشی خام و سادهلوحانه است.
نگاهی عمیق به این مسأله، بیانگر آن است که تولید رویانهای شبیهسازی شده با هر هدفی که صورت پذیرد، جهشی بزرگ در تبدیل زاد و ولد انسان به نوعی تولید صنعتی خواهد بود و در حقیقت از همین رو است که ما نباید در این باره خود را این گونه فریب دهیم؛ چراکه پذیرش رویانهای شبیهسازی شده حتی در راستای اهداف تحقیقاتی، حداقل در اصول به معنای پذیرش برتری روبه گسترشِ ژنتیکی نسلی بر نسل بعدی خواهد بود؛ زمانی که رویانهای شبیهسازی شده بشری در آزمایشگاهها موجودیت یابند، در واقع سنگ بنای
انقلاب بهنژادی گذاشته میشود.
در مجموع، این گونه نگرانیها است که بسیاری از کشورها را از جمله آلمان، ژاپن، فرانسه، نروژ، استرالیا و … برآن داشته تا هم تولید و هم تحقیق در این حوزه را ممنوع سازند و پارلمان اروپا نیز در همین راستا است که هر گونه شبیهسازی انسان را ممنوع ساخته است. مسلم آن است که آمریکا نیز باید هیمن رویکرد را اتخاذ کند و حداقل اگر آن را به صورت کامل ممنوع نمیسازد، بایستی این گونه فعالیتها و تحقیقات را برای چند سال به حالت تعلیق درآورد. در چنین فرصتی است که این سیاست، به ما امکان میدهد تا اهمیت واقعی نقض مرزهای اخلاقی و بنیادینی را که در جریان شبیهسازی شکل میگیرد، درک نماییم و در ک این واقعیت است که ما را به تدبیری ایمن برای مقابله با تولید کودکان شبیهسازی شده، پیش از آنکه به روالی عادی تبدیل شود، مجهز میسازد و در کنار آن، تداوم بحثهای مرتبط با این موضوع را به همراه خواهدداشت.
در صورتی که هماکنون اقدامی در این راستا انجام ندهیم، آنگاه شبیهسازی انسان به امری عادی تبدیل خواهد شد و دیگر بایستی به ورود و حضور این گونه انسانها در عرصه زندگی خود تن درهیم.
2)هراس از پدیده کلون
چرا ما از تصویر آینه¬اى خود وحشت داریم؟
اگر بخواهید به «کلون ها» (موجودات همانند سازى شده) فکر کنید، احتمالاً چیزى غیرطبیعى و مرموز، شیطانى و ترسناک را در نظر خواهید آورد. بنابراین تا اندازه اى طنزآمیز است که اولین پستاندارى که به طور مصنوعى شبیه سازى شده گوسفندى گیاهخوار و بسیار آرام و سر به راه به نام «دالى» بوده است. تا آنجایى که ما خبر داریم «دالى» هرگز سعى نکرد به مربیان خودش حمله کرده و یا براى فرمانروایى بر دنیا توطئه چینى کند. «اسنوپى» هم به عنوان اولین سگ شبیه سازى شده تهدیدى براى جامعه به حساب نمى آمد. از اخبار مربوط به تولد وى با فریادهاى شادى و شگفتى و طنز و لطیفه استقبال شد و گاردین نوشت که «دانشمندان سگ هاى تازى را رها کرده اند.» با این وجود «دالى» و «اسنوپى» در ریشه کن کردن تعصبات و پیش داورى ها در برابر نوع خویش، ناموفق بودند. ما کمى مثل نژادپرست ها هستیم که مى گویند «آنها» همه شان مشکوکند، گرچه آن چند تایى که ما مى شناسیم از نوع «خوب» هستند.
ترس و شیفتگى ما نسبت به کلون ها به شیوه اى تحکم آمیز بار دیگر در فیلمى جدید با عنوان «جزیره» با هنرمندى «اوان مک گرگور» و «اسکارلت جوهانسن» کاوش شده است. در تلاشى براى غلبه بر تمایلات ضدکلونى این بار قهرمانان، خودشان کلون هستند. با این وجود هنوز شبیه سازى در قالب نیرویى اهریمنى به تصویر کشیده شده است. «مک گرگور» و «جوهانسن» تنها به منظور تامین قطعات یدکى انسان هایى که شبیه سازى از روى آنها انجام شده، آفریده شده اند. آنها در مجموعه اى زندگى مى کنند که به شدت تحت کنترل بوده و تنها معدود افراد خوش اقبال این فرصت را پیدا مى کنند که به «جزیره» آورده شوند. یعنى تنها مکانى بر روى زمین که آلوده نشده است. در واقع آنهایى که انتخاب شده اند براى اعضاى حیاتى شان قطعه قطعه مى شوند.
پس چرا کلون ها براى تخیل ما هم جذاب هستند و هم انزجارآور؟ این بدین دلیل نیست که ما هم اکنون
شاهد زیستن، نفس کشیدن و راه رفتن کلون ها در اطراف خود نیستیم. دوقلوهاى یکسان، دو برابر شده فرمول ژنتیکى یکدیگر هستند. هیچ کلونى بیش از دوقلوها نمى تواند شبیه نسخه اصلى خود باشد. اما دوقلوها براى کلون هراسى ها تا اندازه اى مانند «ترور مک دانلد» هستند براى نژادپرستان: آنها براى ما چون «ما» هستند و نه چون «آنها».
البته دوقلوها به طور طبیعى آفریده شده اند، درست مثل خودمان. این ماهیت مصنوعى کلون هاى تخیلى است که آنها را چنین اهریمنى مى کند. از این رو کلون ها همان وحشتى را در ما برمى انگیزند که «مرى شلى» در «فرانکنشتاین» نهاده بود. بسیارى چنین احساس مى کنند که مداخله در اسرار حیات و آفریدن انسانى به دست انسان کارى نامقدس و نامبارک است. ما چنین مى پنداریم که این عبور از خط قرمز و نشانیدن انسان به جاى خدا است و قطعاً چیز خوبى از آن درنخواهد آمد.
اما این به خودى خود کلون هراسى ما را کاملاً توضیح نمى دهد. مردم همیشه از انجام شدن کارهایى که خارج از توان بشر انگاشته شده بیم داشته اند. زمانى که ترن بخار اختراع شد، بسیارى تصور مى کردند مسافرانى که با این قطار به سرعت در حرکت هستند دچار خفگى خواهند شد. در زمانى بسیار نزدیک یعنى سال ۱۹۷۸ با تولد «لوییز براون» اولین نوزادى که در لوله آزمایش به وجود آمد، این نگرانى پدیدار شد که پزشکان دست به عملى زده اند که به گونه اى ترسناک نخوت آمیز است.
«کاردینال گوردون گرى» از «ادینبورگ» در واقع جمع کثیرى را خطاب کرد زمانى که گفت: «من تردیدهاى شومى درباره معناى ضمنى این کار و نتایج آن براى آیندگان دارم.» و حالا کمتر کسى از لقاح مصنوعى اظهار ناخشنودى مى کند.پیشرفت هاى علمى همواره با این واکنش ها روبه رو بوده اند. بیشتر ما چنین مى پنداریم که هر انسان، وجودى یگانه با جوهرى ثابت است که در طول زمان تغییر نمى کند. به نظر مى رسد که شبیه سازى این اندیشه را به چالش مى طلبد.
شبیه سازى، به آشکارترین گونه اى، یگانگى ما را با طرح موضوع دوگانه شدن خود و درون به خطر مى اندازد. فیلم «پسران برزیل» را که در سال ۱۹۷۸ ساخته شده است، در نظر بگیرید. در داستان مبتذل این فیلم، یک دانشمند علم ژنتیک به نام «یوزف منگل»، ۹۴ پسر را از خون هیتلر شبیه سازى مى کند و مطمئن است که هر پسر کوچک یک هیولاى شیطانى و هیتلرى جدید است. در اینجا در واقع جوهر و ذات هیتلر چندین برابر شده است.
اما ما با بررسى دوقلوهاى همسان مى دانیم که «خود»، محصول وراثت و محیط است، دوقلوهاى همسانى که از بدو تولد از یکدیگر جدا شده اند، در برخى موارد کاملاً شبیه یکدیگر هستند. اما تجارب و شیوه متفاوت پرورش آنها بدین معنى است که هر یک هنوز فردى متمایز با باورها، خاطرات و عادات منحصر به خویش است. همچنین است در مورد دوقلوهاى همسانى که در کنار یکدیگر پرورش یافته اند.
حتى «پسران برزیل» تاثیر ضربه روانى را که هیتلر تجربه کرده مى پذیرد و داستان بر این پایه استوار است که پدرخوانده هاى همه این پسران در زمان ۱۴ سالگى ایشان کشته مى شوند.
با وجود این، حتى اگر بخش قابل توجهى از آن چیزى که مى گوید ما کیستیم با هیچ چیزى به جز ژن ها تعیین نشود، به خودى خود مى تواند ترسناک باشد. ممکن است ما چیزى بیش از ژن هایمان به تنهایى باشیم، اما تنها همین واقعیت که نقش ژن ها مى تواند تا این اندازه تعیین کننده باشد، مسئله بغرنجى است. هراس از اینکه ما در کنترل کامل هویت خویش نباشیم، چیز دیگرى را هم که براى ما ارزشمند است، زیر سئوال مى برد: اراده آزاد. هیتلرهاى کوچک «پسران برزیل»، خودشان انتخاب نکرده اند که شیطانى باشند: آنها بدین شکل ساخته شده اند. آیا اگر این درباره شیطان صادق است، در مورد خوب ها نیز صدق مى کند؟ یک بار دیگر، گرچه این حقیقت دارد که تربیت و محیط تفاوت ها را مى سازند، تجربه کلون هاى طبیعى یا همان دوقلوهاى همسان، به ما نشان مى دهد که جنبه هایى از وجود ما از بدو تولد کمابیش تعیین و تثبیت شده است. این کار از جهاتى یک زحمت اضافى است چرا که ما نیازى به کلون ها نداریم تا چنین چیزى را نشان دهیم.
پدرومادرها داستان هاى بسیارى را باز مى گویند که چگونه فرزندشان ویژگى هاى شخصیتى ایشان را که از دوران خردسالى تا بزرگسالى و در تمام زندگى با خود داشته اند، بروز مى دهد.
بزرگسالان گشاده رو و خوشبین، تقریباً همیشه کودکانى گشاده رو و خوشبین بوده اند. کودکان درون گرا
ممکن است وقتى بزرگتر شدند، اعتمادبه نفس بیشترى پیدا کنند، اما به ندرت تبدیل به بزرگسالان برون گرا مى شوند.این بدان معنى است که محور اصلى آن چیزى که ما هستیم، بسیار پیش از آنى که به اندازه کافى بالغ شویم تا بتوانیم تصمیم هاى آگاهانه اى براى تغییر آن بگیریم، ثابت و پایدار گشته است.
و تا آن موقع، ترجیحات، تمایلات و استعدادهاى اساسى ما به گونه اى شکل گرفته و تثبیت شده اند. انتخاب هاى به اصطلاح آزاد ما نیز در محدوده شخصیتى شکل مى گیرند که به هیچ وجه آزادانه انتخاب نشده است.واقعیت ها و خیال پردازى ها درباره شبیه سازى تنها چیزى را به رخ ما مى کشند که هم اکنون درست در برابر ماست: اگر ما اراده آزاد داریم، این امر به هیچ روى مطلق نیست چرا که ما آن چیزى را که اساساً هستیم، انتخاب نمى کنیم. ما مجبوریم از میان محدودیت هاى شخصیتى و سرشتى که در ابتدا توسط ژن هایمان و فقط پس از آن به وسیله چگونگى تربیت ما تعیین شده اند، انتخاب کنیم.
اما شاید بزرگترین وسوسه اى که کلون ها در ما برمى انگیزند، شباهت آنها با باور قدیمى «همزاد» باشد. براى مثال، در «جزیره»، «مک گرگور» و «جوهانسن» با موقعیتى وسوسه انگیز و در عین حال عصبى کننده روبه رو مى شوند و آن، همان رویارویى با انسان هایى است که از روى آنها شبیه سازى شده اند. مهم نیست که این سخن به واقع تا چه اندازه نادرست است، در این رویارویى، این احساس وجود دارد که آنها با خودشان ملاقات کرده اند. «همزاد» مى تواند بسیار نگران کننده باشد. سال ها پیش، من در زیرزمین متروى لندن کسى را ملاقات کردم که به نظرم کاملاً شبیه خودم بود. لحظه بسیار ناخوشایندى بود. از سویى بسیار برانگیخته شده بودم و نمى توانستم از نگریستن به کسى که به نظرم، «من» دیگرى مى آمد، خوددارى کنم. اما از سوى دیگر، نمى خواستم خودم را جریحه دار کنم. گرچه احتمالاً هیچ چیز ترسناکى روى نداده بود، اما این طور به نظرم مى رسید که وارد بعد دیگرى شده ام و براى تجربه دو بعد به طور همزمان، مى بایست نظم کیهانى درهم شکسته شده باشد. من گاه فکر مى کنم که چه روى مى داد اگر مى توانستم از همزاد تصورى ام عکسى بگیرم و آن را در کنار عکسى از خودم قرار دهم. آیا واقعاً یکسان به نظرم مى رسیدیم؟ فکر مى کنم که در این صورت احتمال یکسان نبودنمان، بیشتر مى بود و این اشاره به آن چیزى است که براى من مهمترین پرسش درباره شبیه سازى است. از یک سو، ما دوست داریم فکر کنیم که موجوداتى یگانه بوده و ذاتى تغییرناپذیر داریم.
اما از سوى دیگر، در واقع اصلاً خودمان را نمى شناسیم. تنها کافى است چند اپیزود از سریال«برادر بزرگ» را ببینید تا دریابید که حقایقى درباره ما وجود دارند که بر دیگران مسلم هستند اما از نگاه خود ما که از درون به خود مى افکنیم، پوشیده مى مانند. اگر شما قرار بود کلون خودتان را ملاقات کنید، این به معناى ملاقات با خودتان نبود. اما ایده قراردادن آینه اى در برابر «خود» آنقدر ملموس است که ما را پریشان و آشفته مى سازد. این همان جاذبه و دافعه اى است که من در رویارویى با همزادم تجربه کردم. کسى که من دیدم، به شدت آشنا و در عین حال کاملاً بیگانه بود. آشنایى بدین سبب بود که من فکر مى کردم او مانند من است و من هر روز با خودم زندگى مى کنم. اما بیگانگى و دورى از این واقعیت نشأت مى گرفت که من خودم را از زاویه اى مى دیدم که قبلاً هرگز ندیده بودم و این چشم انداز این امکان را طرح مى نمود که من در بسیارى موارد، بسیار متفاوت از آن چیزى هستم که خودم گمان مى کنم. بدین دلیل است که کلون ها تا این اندازه ما را به وحشت مى اندازند.
ما درباره خود یک ایده زمخت و خام از آنچه و آنکه هستیم، داریم. به جزئیات اهمیتى نمى دهیم و تصور مى کنیم که زیر و بم هاى خودمان را مى شناسیم و مى پنداریم که آزاد و منحصر به فرد هستیم. بگذریم از اینکه به لحاظ علمى تا چه اندازه این تصور درست است، اما ما گمان مى کنیم که کلون ها، دو برابر شده «خود» ما هستند. از آنجایى که آنها یگانه نیستند، کاملاً آزاد نیستند و چشم اندازى بسیار متفاوت از آنچه ما هستیم را نشان مى دهند، تمامى این اطمینان هاى هر روزه را زیر سئوال مى برند و به چالش مى کشند. و باز آنها ما را به خود مى خوانند چرا که هیچ پرسشى اساسى تر از این نیست که: من کیستم؟ لحظه اى که ما شیفتگى خود را در برابر ایده «کلون ها» از دست بدهیم، روزى است که علاقه به خویشتن را از دست داده ایم.
3)کلون ها آن چیزی نیستند که تصور می رود
در سال 1903 میلادی گیاه شناسی به نام " هربرت وبر " واژه " کلون " را برای توصیف مجموعهای از جانداران به کار برد که از راه تولید مثل غیر جنسی از یک والد به وجود میآیند. برخی از جانوران دریایی، گیاهان و میکروبها به همین شیوه تکثیر میکنند. برای مثال، پایههای گوناگونی که از یک گیاه توت فرنگی به وجود می آیند، کلون یکدیگر به مشار میآیند. به زودی واژه کلون مورد پذیرش زیستشناسانی قرار گرفت که در آزمایشگاه، سلولهای پیکر جانداران را کشت میدادند. سلولهای به دست آمده از کشت یک سلول نیز کلون یکدیگر هستند.
گاهی کلون جانوران ، به طور طبیعی به وجود می آید . زنبورهای نر از طریق کلون سازی پدید می آیند ، یعنی برای تولید آن ها به لقاح اسپرم و تخمک نیازی نیست . به هر حال ، بر خلاف گیاهان ، سلول های پیکری ( غیر جنسی ) جانوران نمی توانند جاندار بالغی پدید آورد . طی چهل سال گذشته ، زیست شناسان می خواستند بدانند آیا این امر یک محدودیت زیستی یا یک مشکل فنی است .
همه سلول های پیکری یک جاندار از تقسیم سلول تخم حاصل می شوند . این سلول ها در مراحل بعدی برای انجام کارهای ویژه ای تخصص پیدا می کند . در واقع از سلول های تمایز نیافته ای که از سلول تخم حاصل می شوند ، سلول های تمایز یافته و تخصص یافته ای مانند سلول بینایی ، سلول کبدی و سلول عصبی حاصل می شود . زیست شناسان می خواستند بدانند در جریان تکوین جانداران ، چگونه از سلول تخصص نیافته ، سلول های تخصص یافته به وجود می آید .
گروهی معتقد بودند که تمایز سلول ها با محدود شدن " قدرت ژنتیکی تام " آنها همراه است . به عبارت دیگر ، در جریان تقسیم سلولی و تمایز سلول ها ، بخشی از ژن های آن ها به صورت گزینشی و به طور متوالی از دست می رود . برای مثال ، سلول عصبی فقط ژن هایی را در خود نگه می دارد که برای انجام فعالیت های عصبی به آنها نیاز دارد و بقیه ژن ها را از دست می دهد .
گروه دیگری معتقد بودند که همه سلول ها " قدرت ژنتیکی تام " دارند . به عبارت دیگر ، ژن های آن ها دست نخورده باقی می ماند و تفاوت سلول های تخصص یافته با سلول های تخصص نیافته در نحوه فعالیت ژن هاست . برای مثال ، سلول عصبی همان ژن های سلول بینایی را دارد . اما ژن هایی در این سلول فعال اند که به انتقال پیام عصبی کمک می کنند و در سلول بینایی ژن هایی فعال اند که در دریافت نور دخالت دارند .
اگر همه سلول ها ، ژن های یکسانی داشته باشند باید همه آن ها به طور بالقوه توان ایجاد جاندار کاملی را داشته باشند ، همان طورکه سلول تخم این توان را دارد . بنابراین ، اگر هسته سلول تخمک که جایگاه ژن هاست را از آن خارج کنیم و هسته یک سلول پیکری ( سلول پوست ، سلول عصبی یا سلول پیاز مو ) را درون آن بگذاریم ، باید جندار کاملی پدید آید .
در قرن نوزدهم و بیستم ، محققان این نظر را در جانداران مختلف آزمودند . برای مثال ، در اواخر دهه 1890 میلادی ، هسته سلول پیکری قورباغه را درون تخمک قورباغه دیگری گذاشتند که پیش تر هسته و در واقع کل ماده ژنتیکی آن را برداشته بودند . از سلول حاصله ،قورباغه بالغی پدید آمد . در سال 1997 ، آزمایش مشابهی روی گوسفند انجام شد که به تولد " دالی " مشهورترین گوسفند جهان انجامید .
بنابر این ، کلون سازی هرگز به عنوان روشی برای ازدیاد ساده جانوران مورد توجه نبود . در اسکاتلند ( محل تولد دالی ) گوسفندان بهای گزافی ندارند . قورباغه ، موش ها ، گوساله ها و دیگر جانورانی که تاکنون شبیه سازی شده اند ، همه جا به وفور یافته می شوند . در واقع کلون سازی برای پاسخ گویی به یکی از پرسش های بنیادین زیست شناسی ، یعنی نحوه تمایز سلول ها ، مطرح شد .
تصوری که جامعه از کلون سازی دارد ، با واقعیت فاصله دارد . این تصور ، در فیلم های تخیلی ( نخستین فیلم در این زمینه در سال 1965 به نام " کلون" عرضه شد ) و خیال پردازی های " الوین تافلر "( که در سال 1970 در کتاب "شوک آینده " منتشر شد ) ریشه دارد . وی یک مفوم علمی را در یک پیش بینی فانتزی به طور نادرست و خلاف واقع جلوه می دهد : " به زودی انسان می تواند کپی برابر با اصل خودش را تولید کند ." متاسفانه این برداشت نادرست از کلون سازی ، از کتاب های علمی _ تخیلی به گزارش های خبری و حتی کتاب های علمی راه پیدا کرد .
چون کلون ها از لقاح اسپرم و تخمک پدید نمی آیند ، ازلحاظ ژنتیکی با والدی که اطلاعات ژنتیکی را در اختیار آن ها قرار داده است ، تفاوت ندارند . اما آن ها کپی والد خود نیستند . دو قلو های همسان نیز از لحاظ ژنتیکی با هم تفاوت ندارند ، اما دو انسان مجزا محسوب می شوند و هر چند از لحاظ ظاهر و رفتار به هم شباهت دارند ، اما کاملا عین هم نیستند ؛ حتی اثر انگشت آنان با هم تفاوت دارد .
برخی به غلط تصور می کنند ، همه خصوصیات انسان را ژن ها تعیین می کنند . هر چند ژن ها نقش مهمی در بروز خصوصیات ظاهری و رفتاری ما دارند ، اما آن ها تنها عامل تاثیرگذار نیستند . محل زندگی ما ، غذایی که می خوریم ، آموزش هایی که می بینیم ، کتابی که می خوانیم ، فیلمی که می بینیم ، موسیقی که گوش می دهیم و حتی خواندن همین مقاله و نوشتن آن بر خصوصیات ما تاثیر می گذارد . از این رو ، دو انسان در کره زمین یافت نمی شود که کاملا عین هم باشند و تولید دو انسان که کاملا عین هم باشند نیز ، غیر ممکن است .
حدود نیم قرن است که محققان روی دانه های برف تحقیق می کنند و هنوز دو دانه برف پیدا نکرده اند که کاملا عین هم باشند . رطوبت و دما دو عامل اساسی هستند که بر شکل یک دانه برف تاثیر می گذارند . چون رطوبت و دما در بخش های مختلف یک ابر کاملا یکسان نیست و دانه برف در مسیر خود از ابر تا سطح زمین با شرایط جوی متفاوتی روبه رو می شود ، شکل دو دانه برف به طور کامل عین هم نمی شود . البته ، چون خصوصیات ذاتی مولکول های آب در شکل گیری یک دانه برف مؤثر است ، شکل همه دانه ها از اصول و تقارن مشابهی پیروی می کند .
بدون شک تفکرات ، احساسات و رفتارهای ما ساز و کار زیست شناسی دارند . اما این به آن مفهوم نیست که ما می توانیم دخالت ژن ها را در این فرایندها مجزا از بقیه عوامل در نظر بگیریم . ما حاصل عملکرد ژن ها هستیم ، ژن هایی که تحت تاثیر محیط فعالیت می کنند و از آن تاثیر می پذیرند و این محیط حتی تاریخی را که بر اجداد ما گذشته است شامل می شود .
برخی تصور می کنند کلون سازی همانند زنده کردن مردگان توسط حضرت عیسی (ع ) است . از این رو ، تصور می کنند در آینده نزدیک ، مرگ بی معنا می شود و می توان خویشاوندان مشرف به مرگ را با این روش حیات دوباره بخشید . اما باید دانست که کلون سازی با یک سلول آغاز می شود . سپس این سلول باید مراحل جنینی را پشت سر بگذارد و مراحل رشد و کمال اجتماعی را بپیماید تا به فردی تمام عیار تبدیل شود . از آن جا که بخشی از شخصیت آدمی را ژن های او تعیین می کنند ، کلون حاصل تنها به والد خود شباهت ظاهری خواهد داشت و کپی برابر اصل او نخواهد بود . شباهت کلون به والد خود حتی کمتر از شباهت دوقلو های همسان به یکدیگر خواهد بود . زیرا دوقلوها در یک رحم و به طور همزمان تکوین می یابند ، اما کلون و والد در دو رحم و در دو زمان متفاوت رشد و نمو می کنند .
برخی تصور می کنند با این روش می توان دانشمندان ، ورزشکاران ، هنرپیشه ها و حتی جنایتکارانی مانند هیتلر را حیات دوباره بخشید . اما این احتمال وجود دارد که کلون ها ( قرین های ژنتیکی ) این افراد از لحاظ رفتاری کم ترین شباهت را به آنان داشته باشند .
همه ما همه روزه و هر لحظه بر سر دوراهی ها یا چند راهی های گوناگونی قرار می گیریم و بر اساس آگاهی ها ، تاثیرات جامعه یا رخدادهای تصادفی به سویی کشیده می شویم .از این رو ، احتمال این که قرین های ژنتیک ، فلسفه دیگری برای زندگی خود برگزینند ، بسیار زیاد است . برای مثال ، ممکن است کلون انیشتین را داشته باشیم که بازی در فیلم های فیزیک ، کمدی را پیشه خود سازد . آیا ما می توانیم این قرین را به تحقیق درزمینه فیزیک وادار کنیم ؟
تصویر نادرستی که از کلون سازی در ذهن افراد وجود دارد ، ساخته گزارش های خبری است . گزارش های خبری اغلب بیسیار ساده شده اند و ممکن است تحت تاثیر سلیقه روزنامه نگاران و حتی دانشمندان ، چنان ساخته و پرداخته شوند که به یک داستان مهیج تبدیل شوند . ارزیابی های معقول با ابعاد گستره تر ، چه در نشریات عمومی و چه در نشریات تخصصی ، به ندرت توجه زیادی را به خود معطوف می دارند . در نتیجه برداشت های ما از شواهد علمی ممکن است تحت تاثیر چند یافته مهیج که امکان دارد برخی از آن ها نادرست باشند ، دچار انحراف و کج فهمی شود .
برای مقابله با اثرات گزارش های علمی تحریف شده ، فقط یک پادزهر وجود دارد : افراد غیر متخصص باید درباره آزمایش ها و تفسیرهایی که در زیست شناسی استفاده می شود ، بیشتر بیاموزند .
کلون ها نیز انسان هایی شبیه انسان های دیگر خواهند بود . بشر چیز جدیدی خلق نکرده است . کلون سازی در طبیعت رخ می دهد و اگر در انسان معمول نیست به این خاطر است که تولید مثل جنسی مزایایی دارد که تولید مثل غیر جنسی ( کلون سازی ) ندارد . البته ، برخلاف تصور نادرستی که وجود دارد ، کلون سازی روشی معمول برای تولید انسان نخواهد شد . وقتی فن لقاح در لوله آزمایش ( IVF ) پدید آمد ، عده ای موضع گیری کردند که این فن بنیان خانواده را متزلزل می کند و عده ای می توانند با این فن لشکری از تبهکاران بسازند . اما دیدیم که IVF به شیوه ای معمول برای تولید فرزند تبدیل نشد و انسان ها از روی ناچاری به آن روی می آورند . برای تولید لشکر تبهکاران نیز راه های ساده تری وجود دارد و به کلون سازی نیازی نیست . مقاله را با سخن جالبی از استاد مطهری به پایان می بریم : " بسیاری از مسایل علمی این شانس و خوشبختی را دارند که جز در محیط دانش و دانشمندان مطرح نمی شوند و جز دست صلاحیت دار دانشمندان آن ها را لمس نمی کند ولی بعضی از مسایل از این خوشبختی بی نصیب اند ،به همه مجامع و محافل کشیده می شوند ، هر دستی آن ها را لمس می کند و البته احتیاج به توضیح ندارد که دستمالی شدن زیاد یک مساله علمی از طرف هر فرد و دسته ای چهره و قیافه آن را عوض می کند و کار طالبان و پژوهندگان را دشوار می سازد و بلکه در قدم های اول آن ها را دچار ضلالت و گمراهی می نماید . "
دسته بندی سلول های بنیادی
اغلب سلولهای بدن انسان عملا قادر به تقسیم نیستند و بسیاری از زمان تولد تا مرگ شخص بدون تقسیم شدن حضور دارند. البته بعضی بافتهای بدن نظیر خون، پوست و لوله گوارش دارای چرخه بازسازی سریعی هستند و در هر روز ممکن است چندین سلول جدید بسازند. به عنوان مثال یک مرد متوسط با وزن 70 کیلوگرم در هر روز 1011×2 سلول خونی می سازد. همچنین روزانه میلیونها سلول پوستی و گوارشی ساخته می شود. سلولهای بنیادی سلولهایی هستند که قادر به همانندسازی خود هستند و نیز می توانند طی فرایند تمایز به یک یا انواعی از سلولهای بالغ تبدیل شوند.
به طور کلی سلولهای بنیادی به سه دسته تقسیم میشوند:
سلولهای بنیادی بزرگسال (Adult stem cells)،
سلولهای بنیادی جنینی (Embryonic stem cells)
سلولهای بنیادی بند ناف (Umbilical cord stem cells).
سلول بنیادی بزرگسال
در طول چند سال اخیر گزارش های علمی از وجود سلولهای بنیادی بالغ در موش در ارگانهایی مثل مغز، ماهیچه ، پوست، دستگاه گوارش،قرنیه،شبکیه،کبد وپانکراس آورده شده است که این سلولها قادرند قسمتهای آسیب دیده بافت خود را،از نو بسازند.چنین سلولهایی در انسان بالغ نیز وجود دارند و ممکن است روزی برای مقاصد درمانی به خدمت گرفته شوند . به کار گرفتن سلول های بنیادی برای درمان به چند دلیل امری بسیار مطلوب است :اول اینکه فعالیت سلولهای بنیادی بالغ به طور طبیعی منجر به ایجاد یک بافت خاص متشکل از چندین سلول میشود که هر کدام قادرند در صورت انتقال به بدن یک بیمار، تمام اجزای بافت را از نو بسازند .
دوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ ،فاکتور های رشدی ترشح میکنند که میتواند محل اقامت دیگر سلولها را در بافت دستخوش تغییر کنند ؛که این ویژگی نیز میتواند در موقع انتقال این سلولها اثرات سود مندی داشته باشد. سوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ قادرند به بافتهای صدمه دیده مهاجرت کنند.این ویژگی می تواندباعث شود که این سلول ها در موقع پیوندخودشان محل های مورد نظرراپیدا کنند.اگر سلول بنیادی بالغ در یک محیط مناسب قرارداده شوند، می توانند سلول های بافت های مختلف رابه وجودآورند.اما این کاربا چه الگویی صورت می گیرد وآن ها چه نوع سلول هایی را تولید خواهند کرد؟
I.Mackenzie و همکارانش نشان دادند که توانایی سلول های بنیادی اپی تلیاال (که نوعی از سلول های بالغ بنیادی هستند)برای ایجاد کلونی رده های سلولی یک ویژگی ذاتی است؛ اما تمایز دوباره وایجاد ساختمانهای خاص تنها درپاسخ به محرک های محیطی رخ می دهد.
سلول درمانی آسیب به استخـوان دراثر بیماری یا در اثر ضربه ، یک مساًله ی شایع است که علاوه بـراین که باعـث آزار بسیاری ازبیماران می شود، هزینه های زیادی را نیز به وجود می آورد. روش های درمانی در حال حاضر تا حدی موفق هستند چون از یک طرف درمان در این مورد طولانی مدت است واز طرفی دهندگان پیوند استخوانی محدود است.
R.canceddaوهمکاران ازترکیبی از سلول های بنیادی اسـترومای مغـز
استخوانBoneMarrowStemCellsیاbmscو سرامیک در درمان یک شکاف ، که در تمام لایه های استخوانی در دیافیزاستخوان تیبیا در یک گوسفند بالغ ایجاد شده بوداستفاده کردند . آن ها سلول های مغز استخوان خود گوسـفـــنـد را جدا کرده وآن ها را در آزمایشگاه کشت دادند تا به یک استوانه سرا میکی خلل و فرج دار تبد یـل شد و سپـس آن ها در محـل صدمه دیـده در استخوان تیبیای حیوان کاشتند.به منظور ثابت کردن پیوند ،از فیکساتورخارجی نیزاستفاده شد. سرامیک گفته شده کاملآ با استخوان یکی شد و از نظر عـملکرد نیزبه خوبی تطابق یافـت؛علاوه برشکل ظاهری استخوان که گویای این مطلب بود،اشعه ، میکروگرافی، بافـت شناسی و مطالعات دیگر نیزاین مطلب را تایید می کرد. پس از به دست آوردن نتایج از مدل حیوانی آن ها این روش را با رعایت کامل مسائل اخلاقی در مورد ۶ انسان نیز پیاده کردند. آنها صرف نظر از تعداد کم بیماران ، این امر را بسیارامید بخش خواندند.
Christopher Bjorson از دانشگاه واشنگتن و Angelo Viscovi از انستیتوی ملی نورولوژی ایتالیا نشان دادند که هم سلول های جنینی و هم بالغ ،اگر به موش هایی پیوند زده شوندکه مغزاستخوان آن هاتوسط اشعه از بین برده شده است، می توانندمانند سلول خون ساز عمل کنند.(۴)سلولهای بنیادی عصبی سلولهای بنیادی عصبی رامیتوان در گونه های بسیاری از پستانداران در مراحل مختلف حیات آنان یافت. در شرایط فیزیولوژیکی یآزمایشگاهی خاص، آنها ظرفیت زیادی برای تکثیر خود دارند. سلولهای بنیادی عصبی میتوانند به تمام سلولهای اصلی عصبی یعنی: نورونها ، آستروسیتها و الیگودندروسیتهاتبدیل شوند . سلولهای بنیادی بزرگسال مانند همه سلولهای بنیادی دیگر دو ویژگی مشترک دارند؛ اول اینکه قادر به ساخت کپی های خود به مدت طولانی می باشند و دوم اینکه می توانند به سلولهای بالغی با خصوصیات مورفولوژیک شناخته شده و با عملکرد اختصاصی تبدیل شوند.
ین سلولها قادر نیستند به همه نوع سلول تمایز پیدا کنند بلکه تنها قادرند به سلولهای بالغ همان بافتی که در آن هستند تبدیل شوند (مثلا سلولهای بنیادی مغز استخوان که به سلولهای خونی تبدیل می شوند). سلولهای بنیادی بزرگسال بسیار کم و نادر هستند به عنوان مثال از هر 10 تا 15 هزار سلول مغز استخوان تنها یک سلول از نوع سلولهای بنیادی است. منشا و چگونگی شکل گیری این سلولها به طور دقیق مشخص نیست و فرضیات مختلفی برای آن مطرح شده است از جمله اینکه این سلولها در هنگام تمایز جدا از بقیه مانده و تمایز نیافته اند. امروزه سلولهای بنیادی از بافتهای مختلفی از جمله خون، مغز، نخاع، لوله گوارش، پوست، عضلات و غیره جدا شدهاند
این سلول ها می توانند دردرمان بیماریهای نورولوژیکی انسان مثل پارکینسون،هانتینگتون،مالتیپل اسکلروزوصدمات ناشی سکته های مغزی به کا روند. با توجه به اینکه سلول های بنیادی عصبی توانائی مهاجرت دارند،می توانند به عنوان پروتئین های درمانی یا ناقل های سلولی به کار روند ؛ همین طور در اصلاح بیماری های ژنتیکی دستگاه عصبی مرکزی وتومورهای مشخصی که به سایتوکاینها جواب میدهند.(۵) تحقیقات جدید نشان میدهند که سلولهای بنیادی عصبی که قبلا"تصور می شد فقط می توانند به سلولهای عصبی تبدیل شوند، میتوانند خود را مبدل به سلولهای پیش سازخونی کنند.
سلول های بنیادی جنین انسان
نام سلولهای بنیادی جنینی (رویانی) از منشا آنها یعنی رویان گرفته شده است. در واقع این سلولها از یکی از مراحل ابتدایی تشکیل و توسعه جنین بنام مرحله بلاستوسیتی گرفته می شوند. به طور اختصاصی سلولهای بنیادی جنینی از توده سلولی درونی بلاستوسیت در مرحله پیش از لانه گزینی در دیواره رحم به دست می آیند. این سلولها هم قادر به همانندسازی خود هستند و هم قادرند به انواعی از سلولهای مختلف تمایز یابند.
سلول های بنیادی جنینی در لایه درونی بلاستوسیست انسان، در مراحل اولیه رشد رویان( از روز چهارم تا هفتم بعداز باروری) یافت می شوند. اگر سلول های بنیادی جنین انسان، که ما از اینجا به بعد آنها راHESC می خوانیم، از رویان جدا شده ودر شرایط مناسب آزمایشگاهی کشت داده شوند می توانند به شکل تمایز نیافته به رشد خود ادامه دهند؛ درعین حالی که توانایی تمایز یافتن به هر یک از سه لایه اصلی سلول های رویانی را دارامی باشند.Thomson
و همکارانش برای اولین بار در سال ۱۹۹۸ توانستند موفق به کشت HESCدرمحیط آزمایشگاه شوند. همان طور که گفته شد این سلولها می توانند بارهاوبارها تکثیرشده وسلول هایی را بوجود آورند که مانند خودشان دارای قدرت تمایز هستند . برای تکثیر سلول ها در آزمایشگاه قبلا"از سلول های سرطانی استفاده می شد که البته در هرتقسیم سلول هایی غیر طبیعی و ناپایدارنیزوبوجود می آورنداماامروزه میتوانHESCها رابه کارگرفت که می توانند تا مدت ۲سال به مجموعه های کامل ودست نخورده ای از کروموزم ها تقسیم شوند .
اکنون ۲دهه است که روی سلول های بنیادی رویانی موش ها کار می شود . برای آن که بتوانیم سلول های بنیادی موش را در شرایطی نگه داریم که تمایزپیدا نکنند باید آنها را در ماده ای به نام LFTیاLeukemia Inhibitoriy Faktor کشت دهیم .اما در مورد HESCها این مساله متفاوت است، چون برای جلوگیری از ایجاد تمایز باید آنها را در یک ظرف پطری که حاوی سرم گاو است، و روی لایه ای از سلولهای جنینی موش کشت داد . اگر این سلولها را از محیط مذکور در آورده و درون مایع بریزیم تشکیل اجسام کروی شکلی به نام "اجسام رویانی"را میدهند که این اجسام نیز دارای قدرت تمایز به هر سه لایه اصلی جنینی می باشند. سلول هایی که از اجسام رویانی مشتق میشوند به سلول های قلب ،اپی تلیالی رنگدانه دار وبدون رنگدانه و سلول های عصبی تبدیل می شوند.
اگرHESCها به بدن موش تزریق شوند ایجاد توده های سلولی به نام تراتوما می کنند که ازآنجایی که دارای قدرت تمایز به هر سه لایه هستند، می توانند تومورهای مختلف در بدن موش ایجاد کنند.این شواهد نشان می دهد که چگونه وقتی HESCها در محیط غیر طبیعی قرار گیرند تبدیل به سلول های سرطانی یاneoplastic میشوند .Thomson و همکاران اظهار میکنند که HESC ها میتوانند روزی منبع پایان ناپذیر تولید سلولهای تمایز نیافته در آزمایشگاه باشندو بعد ها به عنوان سلولهای کبد ، پانکراس ویا سلولهای عصبی برای مقاصد درمانی مورد استفاده واقع شوند.
البته مساله مهمی که در اینجا مطرح است وجود آنتی ژنهای تطابق بافتی در گیرنده پیوند است- یا همان "رد پیوند"- پیشنهاد میشود با استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک سلولهای بنیادی را به نحوی با سیستم ایمنی سازگار کرد تا واکنش ایمنی کمتری را شاهد باشیم. این کار با ایجاد یک تناظر ژنتیکی دقیق بین گیرنده پیوند از یک طرف و بافتی که از منت ها ایجاد میشود از طرف دیگر، امکان پذیر است ؛ و این تناظر دقیق با استفاده از روشSCNT(somatic cell nuclear transfer)در تولید سلول بنیادی(شکل ۱) ، قابل وصول است.
سلولهای بنیادی خون بند ناف
دسته سوم سلولهای بنیادی سلولهای بند ناف هستند که همانطور که از نامشان بر می آید از خون بند ناف در هنگام وضع حمل جدا می شوند و قابل نگهداری هستند تا در آینده در صورت لزوم برای همان بچه یا اعضای خانواده وی و یا برای شخص دیگری استفاده شوند
خون بندناف خونی است که پس از تولد در بند ناف و جفت باقیمانده و دور ریخته می شود. این خون غنی از سلولهای بنیادی است.
سلولهای بنیادی خون بند ناف همانند سلولهای بنیادی خونساز مغز استخوان تقسیم می شوند تا به تولید:
• سلولهای قرمز، که اکسیژن را به تمام بدن حمل می کنند.
• سلولهای سفید، که در سیستم ایمنی فعالانه شرکت دارند.
• پلاکتها که به انعقاد خون کمک می کنندبپردازند
همچنین قادر به ساخت انواع سلولهای دیگر و ترمیم و نگهداری سلولها در هنگام جراحت می باشند.
امروزه محققان در حال بررسی و آزمایش امکان کاربرد سلولهای بنیادی در درمان بیماریهای مختلف می باشند. از جمله بیماریهایی را که امیدهای زیادی به درمان آنها می رود می توان به آلزایمر و پارکینسون، آسیبهای نخاعی، دیابتها (از طریق جایگزین نمودن سلولهای پانکراتیک ترشح کننده انسولین)، بیماریهای کرونری قلب (با جایگزینی سلولهای ماهیچه ای قلب)، بیماریهای کبدی مثل سیروز و غیره اشاره نمود.
منابع :
- روزنامه شرق
- http://www.hamshahrionline.ir
-http://phalls.com
- http://www.ardalan.id.ir
سلول های بنیادی
یکی از یافته های جدید علم پزشکی شناسایی و جدا کردن نوع جدیدی از سلول ها در داخل بدن پستانداران ، به نام سلول های بنیادی است که به دلیل داشتن پتانسیل های بالا در زمینه تقسیم شدن ، تمایز به سلول های تخصصی بدن و نیز توانایی ان ها در ترمیم بافتی بسیار مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. به همین منظور بر آن شدیم تا در یک سری مقالات به معرفی این سلول ها و ارائه اخرین اخبار در مورد ان ها بپردازیم.سلول بنیادی یکی ازسحر آمیز ترین مسا ئل زیست شناشی امروز است.
این سلول دارای دو ویژگی مهم است که آن را ازانواع سایر سلولها متمایز ساخته است. اول اینکه این سلول، سلول تمایز نیافته ای است که میتواند برای مدت طولانی در طول چرخه های سلولی تکثیر شود. دوم اینکه در شرایط فیزیولوژیکی و آزمایشگاهی خاصی این سلول میتواند به سلول هایی با عملکرد ویژه تبدیل شود.
خصوصیات مشترک سلول های بنیادی:
سلول های بنیادی با دیگر انواع سلول ها در بدن متفاوت هستند.همه این ها صرف نظر از منبع آن ها دارای 3 ویژگی مشترک هستند.
1-قدرت تقسیم و نوسازی خود برای مدت طولانی
2-عدم تخصصی بودن برای بافت خاصی
3-قدرت تبدیل شدن به سلول های تخصصی
دانشمندان در حال تلاش برای رسیدن به 2 پاسخ اساسی در زمینه قدرت بالای نوسازی در زمان طولانی در این سلول ها می باشند که عبارتند از :
1-چرا سلول های بنیادی گرفته شده از یک جنین می توانند برای یک سال یا بیشتر در محیط آزمایشگاه به صورت غیر تمایز یافته تقسیم شوند اما سلول های بنیادی بزرگسالان این ویژگی را ندارد؟
2-فاکتورهای طبیعی در بافت های زنده که به صورت طبیعی" تقسیم شدن" و "خود نوسازی" را در این سلول ها تنظیم می کنند کدامند؟
یافتن پاسخ های این سوالات ممکن است این امکان را به وجود بیاورد که بفهمیم چگونه سلول ها در جریان رشد جنین طبیعی normal embryonic development) ( و یا در جریان یک تقسیم سلول غیر طبیعی که منجر به سرطان می شود تقسیم می شوند.این ها به دانشمندان این توانایی را می دهند که بتوانند در محیط آزمایشگاه سلول های بنیادی جنینی و بزرگسالی را به صورت موثرتری کشت بدهند.
Stem cells سلول های غیر تخصصی هستند و این به این معناست که این سلول ها هیچ یک از ساختارهای تخصصی یک بافت بخصوص را ندارند ، چیزی که اجازه انجام کارهای تخصصی را به آن ها می دهد.برای مثال یک stem cell نمی تواند با سلول های همسایه اش جهت پمپ کردن مایعات همکاری کند،چیزی که در سلول های قلبی اتفاق می افتد.همچنین یک stem cell ساختارهای مخصوص برای حمل اکسیژن را ندارد پدیده ای که به وسیله گویچه های قرمز خون انجام می گیرد. همچنین یک stem cell قادر به شلیک سیگنال های الکتروشیمیایی به سایر سلول ها نیست چیزی که در سلول های عصبی اتفاق می افتد.با این وجود یک سلول تخصص نیافته بنیادی فادر است به یک سلول تخصصی عضله قلب یا سلول خونی ((blood cell و یا سلول عصبی (nerve cell) تبدیل شود.
stem cell قادربه تقسیم شدن (dividing) ونوسازی خودشان برای مدت طولانی هستند.پدیده ای که در سلول های عضلانی، و خونی و یا عصبی به صورت طبیعی دیده نمی شود.در واقع سلول های عضلانی و خونی و یا عصبی به طور طبیعی قادر به تکثیر خودشان نیستند.اما سلول های بنیادی این عمل را بارها و بارها انجام می دهند.هنگامی که عمل تکثیر برای مدت طولانی اتفاق می افتد آن را proliferation می نامند.
یک جمعیت آغازگر سلول بنیادی که شروع به proliferation می کنند می تواند میلیون ها سلول را ایجاد کند ، حال اگر این سلول ها نیز به مانند سلول های مادری اولیه غیر تخصصی (unspecialized) باشند می گویند که این سلول ها قادر به long-term self renewal هستند.
یکی از نکات مورد توجه دانشمندان فاکتورها و عوامل و شرایطی است که منجر می شود سلول های بنیادی به صورت غیر تخصصی unspecialized باقی بمانند.
کشت این سلول ها در محیط آزمایشگاهی بدون اینکه این ها به سلول های تخصصی تمایز پیدا کنند ، مدت ها زمان برد ودر طی آن مطالعات و اشتباهات زیادی اتفاق افتاد.
برای مثال حدود 20 سال طول کشید تا اموختند که چگونه "سلول های بنیادی جنینی انسانی" را در ازمایشگاه کشت بدهند و این امر خود به دنبال توسعه و پیشرفت شرایط برای رشد "سلول های بنیادی موشی" اتفاق افتاد.
یکی دیگر از جنبه های مهم تحقیقات در این زمینه یافتن سیگنال های داده شده به این سلول ها در یک بافت بالغ بود که منجر به proliferation این سلول ها و عدم تمایز آن ها می شد تا زمانی که برای ترمیم یک بافت بالغ به آن ها نیازی نباشد.
این نتایج در این نظر برای دانشمندان مهم بود که آن ها را قادر می ساخت تا این سلول ها را به میزان زیادی و به صورت unspecialized به منظور تحقیقات بیشتر در محیط آزمایشگاه تکثیر کنند.
سلول های بنیادی قادر به تبدیل شدن به سلول های تخصصی هستند:
فرایندی را که در آن سلول های غیرتخصصی به سلول های تخصصی یک بافت خاص تبدیل می شوند را تمایز diffrentiation می نامند.
این پدیده تحت تاثیر signals داخلی و خارجی قرار می گیرد که بخش مهمی از تحقیقات امروزه دانشمندان را به خود معطوف کرده است.
Internal signals آن دسته از علائمی هستند که توسط ژن ها کنترل می شود.در واقع به اطلاعاتی گفته می شود که خصوصیات و عملکردی و ساختاری یک سلول رابا کد کردن اطلاعات لازم در یک زنجیره DNA تعیین می کند.
اما منظور از external signals علامت هایی است که منشا خارج سلولی دارند و شامل مواد شیمیایی ترشح شده، تماس فیزیکی با سلول های مجاور و مولکول های مخصوص در محیط میکروسکپی اطراف سلول می باشند.(microenviroment)
بنابراین سوالات زیادی در مورد تمایز سلول ها بنیادی باقی ماند: آیا سیگنال های داده شده برای تمایز سلول های بنیادی برای همه انواع این سلول ها یکسان و شبیه به هم هستند؟ و آیا می توان با تنظیم این signals تمایز سلول را در یک مسیر معین به پیش راند؟
یافتن پاسخ این سوالات بسیار مهم است و می تواند دانشمندان را به سمت راهی هدایت کند تا بتوانند رشد و تمایز این سلول ها را در محیط آزمایشگاه کترل کنند.و به وسیله آن بتوانند راه های جدیدی برای استفاده از" سلول های در حال رشد" و یا بافت ها به منظور اهداف سلول درمانی (cell-based therapy) دست یابند.
سلول های بنیادی بزرگسالی که در اندام های افراد بعد از تولد وجود دارند تمایل دارند که به سلول های متعلق به همان بافتی که در آن قرار دارند تبدیل شوند.به عبارتی سلول های خون ساز موجود در مغز قرمز استخوان که به نام سلول های بنیادی خونساز (hematopoietic stem cells) مشهور هستند تمایل دارند تا به سلول های گلبول قرمز، گلبول سقید و پلاکت ها تبدیل شوند.
در سال های اخیر تحقیقات زیادی در مورد امکان تبدیل سلول بنیادی مخصوص یک بافت یه سلول های تخصصی یک بافت کاملا متفاوت انجام شده است . این فرایند را در اصطلاح plasticity می نامند.برای مثال تبدیل سلول های بنیادی مغز استخوان به نورون ها و یا تبدیل سلول های بنیادی کبدی به سلول های تولید کننده انسولین و یا تبدیل سلول های خون ساز به سلول های عضله قلبی.
بنابراین امکان استفاده از سلول های بنیادی بزرگسالی adult stem cells به منظور سلول درمانی cell-based therapy یکی از مهم ترین مباحث تحقیقات جهان پزشکی را به خود اختصاص داده است.
تست های آزمایشگاهی انجام شده به منظور تشخیص سلول های بنیادی جنینی کدامند؟
در مراحل مختلف کشت سلول، دانشمندان سلول ها را مورد آزمایش قرار می دهند و تا ببینند آیا سلول های مذکور توانایی ها و ویژگی های سلول بنیادی را دارند یا خیر.به این فرایند در اصطلاح characterization گفته می شود.
تا کنون دانشمندان بر روی این قضیه که کدام تست می تواند به عنوان تست استاندارد به منظور تشخیص و اندازه گیری خواص این سلول ها به کار رود توافق نکرده اند. هر چند بسیاری از این تست ها که مورد استفاده قرار می گیرند نمی توانند ویژگی های این سلول ها به طور کامل مورد بررسی قرار بدهند.به همین دلیل دانشمندان به منظور بررسی این سلول ها از چندین تست به طور هم زمان استفاده می کنند.
این تست ها شامل موارد ذیل است :
1- رشد و subcultring سلول ها به مدت چند ماه : این تست ما را مطمئن می سازد که سلول ها قدرت و توانائی نوسازی خود برای مدت طولانی (long-term self-renewal) دارند.دانشمندان سلول های حاصل از این عمل را در زیر میکروسکوپ بررسی می کنند تا مطمئن شوند که سلول ها ظاهری ساده دارند و در ضمن تمایز هم پیدا نکرده اند (undifferentiated).
2- استفاده از تکنیک های مخصوص جهت تعیین حضور مارکرهای سلولی خاص بر روی سطح این سلول ها که فقط در سلول های تمایز نیافته دیده می شوند.
3- یک تست دیگر که مورد استفاده قرار می گیرد بررسی حضور پروتئین مخصوصی به نام oct-4است که فقط در سلول های غیر تمایز یافته (undifferentiated) دیده می شود.
این پروتئین در واقع یک فاکتور رو نویسی است که موجب تغییر حالت ژن بین دو حالت روشن و خاموش در زمان مناسب می شود. پدیده ای که به منظور تمایز سلول ها و هم جنین توسعه جنین یک امر ضروری است.
4- بررسی کروموزوم ها زیر میکروسکوپ : روشی است که به ما کمک می کند تا ببینیم آیا کروموزوم ها، آسیب دیده اند یا خیر و هم چنین می توانیم از نظر سالم بودن تعداد آن ها نیز این عمل را انجام بدهیم. البته این آزمایش مشخص نمی کند که آیا در سلول های مذکور جهش اتفاق افتاده است یا خیر.
5- تعیین اینکه آیا سلول های مذکور بعد از فریز شدن مجددا قادر به تقسیم و کشت دادن هستند یا خیر.
6- به منظور تعیین قدرت سلول ها در تبدیل شدن به سلول های تخصصی ، می توان 3 تست را روی آن ها انجام داد.
* : اجازه دادن به سلول که در میحط کشت به طور هم زمان تمایز نیز پیداکنند.
* : دستکاری سلول ها که این اجازه را به آن ها می دهد تا به سلول ها تخصصی تمایز پیدا کنند.
* :تزریق سلول های مذکور به موش به منظور بررسی توانائی تولید موتورهای خوش خیم به نام تراتوما (tratoma) [تومورهایی متشکل از سلول هایی تمایز یافته و یا تا حدودی تمایز یلفته است که مشخص کننده این توانائی در سلول های بنیادی جنینی است که اینها قادر به تبدیل شدن و تمایز به انواع متعددی از سلول ها می باشند]
چگونه سلول های بنیادی جنینی را به سمت تمایز تحریک می کنند؟
تا زمانی که سلول های ما در یک محیط کشت معین و تحت شرایط خاص کشت قرار داشته باشد قادربه تبدیل شدن به سلول های تخصصی نیستند. اما اگر این شرایط را تغییر بدهیم به گونه ای که سلول ها بتوانند در کنار هم قراربگیرند و تشکیل اجسام شبیه رویانی را بدهند سلول های مذکور شروع به تمایز می کنند.
این سلول ها می توانند به سلول های عضلانی ، سلول عصبی و بسیاری از انواع سلول های دیگر تبدیل شوند. اگرچه تمایز هم زمان به عنوان نشانه ای در اثبات سالم بودن محیط های کشت سلولی می باشد اما یک راه موثر برای تولید کشت هایی از انواع سلولی نمی باشد.
به منظور فائق آمدن به این مشکل دانشمندان زیادی توجه خود را بد سمت تمایز سلول ها به یک سلول تخصصی خاص معطوف کردند.برای رسیدن به این هدف آن ها اقدام به تغییر در ترکیبات شیمیائی محیط های کشت، تغییر سطح ظروف کشت و تغییرات ژنتیکی به وسیله وارد کردن یک ژن خاص در سلول ها کردند و در طی این سالها اصول خاص را به منظور تمایز سلول ها به انواع تخصصی را پایه گذاری کردند که تحت عنوان اصول تمایز مستقیم (DD) شناخته می شوند.
اگر دانشمندان بتوانند روش قابل اطمینانی را به منظور DD پیدا کنند امیدهای تازه ای را برای درمان برخی بیماریهای خاص در انسان با کمک سلول های بنیادی را به وجود می آورند.
بیماریهای که پتانسیل های درمان با این سلول هارا دارند شامل پارکینسون ، دیابت ، آسیب های نخاعی ، تخریب سلول های پورگینژ، دیستروفی عضلانی دوشن ، بیماریهای قلبی و بیماریهای مربوط به ناتوانی یا کم توانی در قدرت دیدن یا شنیدن و بسیاری دیگر از بیماری ها می باشند.
3)سلولهای بنیادی خون بند ناف
خون بندناف خونی است که پس از تولد در بند ناف و جفت باقیمانده و دور ریخته می شود. این خون غنی از سلولهای بنیادی است.
سلولهای بنیادی خون بند ناف همانند سلولهای بنیادی خونساز مغز استخوان تقسیم می شوند تا به تولید:
• سلولهای قرمز، که اکسیژن را به تمام بدن حمل می کنند.
• سلولهای سفید، که در سیستم ایمنی فعالانه شرکت دارند.
• پلاکتها که به انعقاد خون کمک می کنندبپردازند
همچنین قادر به ساخت انواع سلولهای دیگر و ترمیم و نگهداری سلولها در هنگام جراحت می باشند.
4)سلولهای بنیادی خونساز
بدون شک یکی از مهم ترین دستاوردهای علم پزشکی در نیمه ی دوم قرن بیستم ، Hematopoitic stem cell therapy یا درمان با استفاده از سلول های بنیادی خونساز است.جایزه نوبل ۱۹۹۰در فیزیولوژی یا پزشکی، به علت کشف پیوند سلول و ارگان ها در درمان بیماری به Joseph E.murray & E.donnall Thomas اهدا شد.این جایزه نه فقط به خاطر قدر دانی از کمک بزرگی بود که در زمینه پیوند ارگان و سلول های بنیادی خونساز شد، بلکه همچنین به علت اهمیت تکنولوژی پیوند در کار بالینی بود.
پیوند سلول های بنیادی خون ساز،باعث درمان بعضی از انواع سرطان ها،از کار افتادن مغز استخوان ، اختلالات ارثی متابولیسم و نقص ایمنی مادرزادی شدید می شود، که همگی کشنده هستند.(۷)
درمان با سلولهای نبیادی خونساز ،همان چیزی است که ما قبلا "پیوند مغز استخوان می نامیدیم . در طول سه دهه گذشته ،دانشهای تجربی فراوانی رویهم جمع شده اند و اطلاعات عمیقی را فراهم آورده اند که امکان استفاده بهینه از این فرایند را در درمان سرطانهای خون ، به ویژه Acute Myelogenic Leukemia، بیماری هوچیکن و لنفوم های دیگر و اخیرا" Multiple Myeloma فراهم اورده است. این فرایند می تواند همچنین در درمان بعضی تومورهای غیر خونی یعنی solid tumor ها به ویژه سرطان پستان بکار رود. درمان با استفاده از سلول های بنیادی خون ساز می تواند امیدی برای درمان تالاسمی،کم خونی سلول داسی شکل،multiple Scerosis ،Systemic Scleroderma ،sever systemic lupuserythmatous و آرتریت روماتوئیدهایی که پیش آگهی بدی دارند ، نیز باشد.
منابع :
روزنامه شرق
http://www.ardalan.id.ir/
http://phalls.com/
http://www.govashir.com
انواع سلول های بنیادی
1)سلول های بنیادی بالغین
سلول های بنیادی بالغین یک سری سلولهای غیر تمایز یافته هستند که در داخل بافت
ها و اندام های مختلف و در کنار سلول های تخصصی و تمایز یافته قرار گرفته
اند.
این سلول ها مانند سایر سلول های توانایی خود سازی را دارند به این معنی که
می توانند تقسیم شوند و سلول هایی شبیه به خود را به وجود می اورند.هم چنین این
سلول ها توانایی تبدیل شدن به سلول های بالغ و تمایز یافته در ان بافت یا اندام
مورد نظر را دارند.بنابراین دانشمندان نقش این سلول ها را در پدیده حفظ و ترمیم
بافت های بزرگسالان مهم ارزیابی می کنند. و در پاره ای از موارد به جای لفظ " سلول
های بنیادی بالغین" از لفظ "سلول های بنیادی پیکری" استفاده می کنند.
بر خلاف
سلول های بنیادی جنینی که منشا ان ها کاملا مشخص است (INNER CELL MASS ) اما سلول
های بنیادی بالغین منشا مشخصی ندارند.
تحقیقات در زمینه سلول های بنیادی بالغین
در چند سال اخیر موفقیت های زیادی کسب کرده است. در واقع دانشمندان به این یافته
دست پیدا کرده اند که تعداد بافت هایی که حاوی این سلول ها هستند بسیار بیشتر از
چیزی است که قبلا تصور می کردند. از جمله این بافت ها بافت سیستم عصبی مرکزی یعنی
مغزو طناب نخاعی است که در گذشته تصور می شد که فاقد هرگونه سلول بنیادی است اما
امروزه مکان های مشخصی از این اندام ها شناسایی شده اند که این سلول ها را در خود
جای داده اند (در این زمینه در اینده مطالب کامل تری را منتشر می کنیم)
این
واقعیت ها منجر به این شد که دانشمندان از خود بپرسند ایا ممکن است بتوان از این
سلول ها در فرایند سلول درمانی استفاده کرد.
در واقع سلول های خونساز مغز
استخوان از سال ها پیش برای این منظوردر حال استفاده هستند.و عمر این طرح به بیش از
30 سال میرسد.
انواع خاصی از سلول های بنیادی توانایی تبدیل شدن به انواع مختلف
سلول ها را دارند و این امر امیدهای تازه ای را برای درمان بر پایه سلولهای بنیادی
در دانشمندان به وجود آورده است.حال اگر بتوان یک محیط کنترل شده به منظور کنترل و
هدایت این توانایی سلول ها در تبدیل شدن به نوع خاصی از سلول های تمایز یافته را به
وجود اورد بقش اعظمی از راه را طی کرده ایم.واین خود می تواند پایه ای برای درمان
بسیاری از بیماری های جدی شایع بشر شود.
در واقع تاریخچه درمان به وسیله این
سلول ها به حدود 40 سال پیش و به دهه1960 می رسد. در ان زمان دانشمندان توانستند
سلول های خاصی را در مغز استخوان کشف کنند که توانایی تبدیل شدن به سلول های خونی
را داشتند به این سلول ها در اصطلاح سلولهای بنیادی خونساز و یا HEMATOPOITIC STEM
CELLS گفته می شود.
بعدها نوع دیگری از سلول های بنیادی در مغز استخوان کشف شد
که به ان BONEMARROW STROMAL CELLS گفته شد. در واقع این ها مجمو عه ای از سلول
هایی هستند که توانایی تبدیل شدن به انواع سلول های استخوانی ، غضروفی، چربی و بافت
پیوندی را دارا میباشند.
در دهه 1960 دانشمندانی که بر روی موش های صحرایی تحقیق
می کردندکشف کردند که دو منطقه در مغز این موش ها وجود دارند که شامل سلول های در
حال تقسیمی بودند که توانایی تبدیل شدن به سلول عصبی را داشتند.علی رغم این گزارشات
بسیاری از دانشمندان بر این باور بودند که پدیده تولید نورون های جدید د رمغز
بزرگسالان اتفاق نمی افتد.سرانجام در دهه 1990 دانشمندان به این توافق دست یافتند
که که مغز بزرگسالان نیز حاوی یک سری سلول های بنیادی است که توانایی تولید 3 سلول
اصلی این بافت یعنی ASTROCYTE , OLIGIDENDEROCYTE و نورون ها را دارا می باشند.
سلول های بنیادی بالغین در چه جاهایی یافت می شوند؟
این سلول ها در تعداد زیادی از بافت های بدن انسان وجود دارند.اما نکته مهم در
مورد ان ها این است که تعداد انها در بافت های مختلف بسیار کم است. در حالت عادی
این سلول ها وضعیت استراحت و بدون تقسیم شدنی را طی می کنند و این وضعیت ادامه پیدا
می کند تازمانی که این سلول ها در اثز اسیب دیدگی و یا یک بیماری تحریک شوند و شروع
به تقسیم شدن بکنند.در واقع این نوع مکانیسم دفاعی به منظور ترمیم ضایعات وارد شده
به اندام های مختلف است. لیست اندام هایی که این سلول ها در ان کشف شده اندهر روز
در حال طولانی شدن است. از مهمترین این اندام ها که در این لیست نام ان ها به چشم
می خورد، می توان کبد، مغز، مغز استخوان ، خون محیطی، عروق خونی و عضلات اسکلتی را
نام برد.
امروز تمام سعی دانشمندان به این نکته متمرکز شده است که ایا می توان
این سلول ها را در محیط ازمایشگاه کشت داد و سپس ان ها را وادار به تقسیم شدن
وتبدیل شدن به سلول های موجود در بافت بالغین کرد.در واقع در این زمینه کارهای
بسیاری انجام گرفته است و موفقیت های زیادی نیز به دست امده است اما راه زیادی
همچنان درپیش رو داریم که با پیمودن ان به افق های تازه ای در درمان بیماری های
مختلف بر پایه پیوند سلول های بنیادی دست می یابیم.
از پتانسیل های درمانی این
سلول ها در بیماری های مختلفی می توان استفاده کرد. برای مثال تولید سلول های
سازنده دوپامین به منظور درمان بیماران مبتلا به پارکینسون، تولید سلول های سازنده
انسولین در بیماران مبتلا به دیابت نوع1، ویا ترمیم ضایعات وارده بر عضلات قلب به
دنبال یک حمله قلبی با کمک این سلول ها.
آزمایشات مورد استفاده به منظور شناخت
سلول های بنیادی در بزرگسالان:
به منظور اثبات اینکه ایا یک سلول مشخص ، سلول
بنیادی است یا خیر هنوز ازمایش و یا روش دیگری که مورد توافق همه باشد وجود
ندارد.در واقع 3 راه اصلی وجود دارد که خصوصیات سلول های مورد نظر را می توان سنجید
وبا خصوصیات سلول های بنیادی انطباق داد.
این ازمایشات شامل موارد زیر
است:
1. نشانه گذاری سلول هادر داخل بدن به روش های گوناگون و سپس ردیابی این
سلول ها . این روش به ما این اجازه را میدهد تا بتوانیم مشخص کنیم که یک سلول
کاندید STEM CELL توانایی تبدیل شدن به چه نوع سلولی هایی را دارند.و یا میزان بقا
و زنده ماندن آن را در داخل بدن موجود زنده بسنجیم راههای گوناگونی به منظور نشانه
گذاری کردن این سلول ها وجود دارد از جمله استفاده از ویروس ها و یا برخی از مواد
مخصوص
2. گرفتن سلول های مورد نظر از بافت زنده و سپس نشانه دار کردن ان ها در
داخل ازمایشگاه و سر انجام پیوند زدن این سلول ها به موجود دیگر.
3. جداکردن و
گرفتن این سلول ها از حیوان و سپس بررسی پدیده توانایی تقسیم شدن و تمایز این سلول
ها به سلول های بالغ. این کار نیز از طریق اضافه کردن فاکتورهای رشد مختلف به محیط
کشت و یا از وارد کردن یک ژن جدید به سلول های مورد نظر، جهت هدایت ان در یک مسیر
تمایزی مشخص انجام میگیرد.
2)سلول های بنیادی جنینی
کدام مرحله از زندگی رویانی برای تولید Stem Cell(SC) مهم است؟
سلول های بنیادی جنینی همان طور که از اسمشان مشخص است از جنین گرفته می شوند.در
واقع این سلول ها از جنین های گرفته می شوند که از طریق لقاح مصنوعی((IVF در
آزمایشگاه و با اطلاع اهداکنندگان اسپرم و تخمک به دست آمده اند.هیچگاه این سلول ها
در یک رویان که از بدن مادر گرفته شده استخراج نمی شوند.جنینی که از آن سلول های
بنیادی گرفته می شود به طور طبیعی حدود سن چهار یا پنج روزگی را دارد و به شکل یک
توده گرد است که آن را بلاستوسیست ((blastocyst می نامند.
در واقع blastocyst
ساختار مخصوصی هست که از3 بخش تشکیل شده است :
1-trophoblayt که لایه سلول های
احاطه کننده blastocyst هستند.
2-blastocoel که در واقع یک حفره در داخل
blastocyst است.
3-inner cell mass : گروهی متشکل از تقریبا 30 سلول که در یک
انتهای blastocyst دیده می شود.
چگونه سلول های بنیادی در آزمایشگاه کشت داده می شوند؟
رشد سلول های بنیادی در محیط آزمایشگاه را اصطلاحا "کشت سلولی" یا "cell culture
" می نامند.در واقع جدا کردن سلول های بنیادی جنینی از طریق انتقال inner cell
masis به یک ظرف کشت آزمایشگاهی پلاستیکی که شامل یک بستر تغذیه ای به نام "محیط
کشت" یا "culture medium" می باشد انجام می گیرد.تقسیم و ازدیاد سلول ها بر روی سطح
این ظرف انجام می گیرد. سطح داخلی این ظرف به صورت typical به وسیله سلول های پوست
جنین موش پوشیده شده است. این سلول ها قادر به تقسیم شدن نیستند. به این لایه
پوشاننده سلولی در اصطلاح feeder layer گفته می شود.دلیل استفاده از این سلول ها
فراهم آوردن یک سطح طبیعی به منظور چسپیدن سلول های inner cell mass به آن و عدم
جداشدنشان است. در واقع این عمل به منظور حمایت فیزیکی از سلول هایمان انجام می
گیرد.
در ضمن سلول های این لایه مواد مغذی را به داخل محیط کشت رها می
کنند.
اخیرا دانشمندان راه های جدیدی را به منظور کشت سلولهای بنیادی جنین بدون
استفاده از feeder layer را فراهم کرده اند.این روش به عنوان نقطه عطفی در فرایند
کشت سلولی به حساب می آید.زیرا ریسک انتقال برخی مواد مضر و اسیب رسان از سلول های
موشی به سلول های انسانی را به حداقل می رساند.(این مواد مضر شاملMacromulecules
مثل Viruses می باشد)
پس از چند روز سلول های کشت داده شده شروع به رشد و تقسیم
شدن (proliferation) در این محیط می کنند.
هنگامی که این عمل انجام گرفت سلول
های کشت داه شده که الان زیاد شده اند را از این محیط برداشته و به محیطهای تازه
کشت منتقل می دهند.
پروسه کشت مجدد سلول ها بارها و بارها برای چندین مرتبه و به
مدت چندین ماه تکرار می شود. این عمل را اصطلاحا subculturing می نامند. هر کدام از
سیکل های subcultring را در اصطلاح پاساژ(passage)
می نامند. بعد از 6 ماه یا
بیشتر 30 سلول اولیه که در غالب inner cell mass استفاده کردیم تبدیل به هزاران
میلیون "سلول بنیادی جنینی" می شوند. سلول هایی را که در این دوره 6 ماه و در این
محیط کشت مخصوص تقسیم شده و در عین حال تماییز نیابند را چند ظرفیتی (pluripoten)
می نامند. حال اگر این سلول ها از نظر ظاهر ژنتیک نیز طبیعی باشند آن ها را
embryonic stem cel line می نامند.
یک cell line را می توانیم تثبیت کنیم (البته
این عمل در مراحل قبل هم قابل انجام است) و آن ها را فریز کرده و به آزمایشگاه های
دیگر به منظور کشت بیشتر و آزمایشات فراتر منتقل کنیم.
سلولهای بنیادی مورد استفاده و شیوة عمل
مطالعات بالینی ما برای بررسی کارایی روش یادشده در ترمیم ضایعات عضلة قلب، تاکنون بر روی هشت بیمار دچار ایسکمی عضلة قلب انجام شده است. در این روش که در نوع خود شیوه جدیدی از پیوند سلولهای بنیادی به بیماران محسوب میشود، از سلولهای بنیادی بالغ ردة ACC133 + که از مغز استخوان ( Bone marrow ) خود بیمار جداسازی میشود، استفاده میگردد. در شیوة مذکور، کل مراحل نمونهگیری (آسپیراسیون) از مغز استخوان بیمار، جداسازی سلولهای بنیادی ACC133 + و تزریق آنها به ناحیة ایسکمیک عضلة قلب، در مدت زمانی حدود 3 ساعت قابل انجام است.
لازم به ذکر است که در این روش، نمونه مغز استخوان، پس از بیهوشی بیمار در اتاق عمل و از استخوانهای لگن تهیه میشود. حجم نمونة مغز استخوان گرفتهشده در این مرحله فاکتور مهمی است که تعداد نهایی سلولهای بنیادی ACC133 + را تعیین میکند. گروه جراحی ما تاکنون بیشترین مقدار گزارششدة مغز استخوان (حدود 330 میلیلیتر) در دنیا را از بیمار اخذ کرده است. پس از این مرحله، سلولهای بنیادی مورد نظر با استفاده از کیت خاصی از نمونة آسپیرة مغز استخوان جداسازی میشود و به روش ترانس اپیکاردیال (از بیرون عضلة قلبی) به نقاط متعدد اطراف ناحیة ایسکمیک تزریق میشود.
استفاده از لیزر بهعنوان عامل تقویتکننده
استفاده از لیزر در این عمل به علت توان آن در ایجاد واکنش التهابی ( Inflammation ) موقت در بافت و افزایش خونرسانی به ناحیة دچار آسیب است. در واقع قبل از تزریق سلولهای بنیادی به ناحیة ایسکمیک، جهت تحریک خونرسانی به آن ناحیه و زنده نگهداشتن سلولهای بنیادی تزریقشده، از خاصیت التهابزایی موقت لیزر به عنوان یک عامل کمکی در ترمیم سریعتر ناحیه استفاده میشود. در این عمل، ابتدا به کمک لیزر حدود 15 تا 20 حفره در عضلة قلب ایجاد شده و سپس سلولها به اطراف ناحیة دچار ایسکمی تزریق میشوند. بنابراین، لیزر در این عمل فقط به عنوان یک عامل تقویتکننده ( Booster ) برای افزایش جریان خون استفاده میشود.
مزایای این روش پیوند
روش مورد استفاده در این نوع عمل پیوند، در مقایسه با شیوههای دیگر پیوند سلولهای بنیادی به بیماران قلبی، از ویژگیها و مزایای زیادی برخوردار است که مهمترین آنها به این شرح است:
1- با توجه به اینکه کلیة مراحل استخراج و پیوند سلولهای بنیادی در مدت زمان حدود 3 ساعت قابل انجام است، بنابراین مدت ماندن بیمار در اتاق عمل بهطور قابل ملاحظهای کوتاهتر است.
2- استفاده از کیت ویژة جداسازی سلولهای بنیادی در یک سیستم بسته و استریل، عملاً نیاز به آزمایشگاههای مجهز و پیشرفته با استانداردهای خاص ( GMP Lab ) را مرتفع میکند. این کار با بالابردن ضریب ایمنی کار، احتمال انتقال آلودگی و عفونت به بیمار را منتفی میسازد.
3- تمام مراحل تهیة نمونه مغز استخوان، جداسازی سلولها و پیوند آنها، در اتاق عمل و صرفاً توسط خود جراح قلب صورت میگیرد. بنابراین، با استفاده از این شیوه نیازی به همکاری گروه دیگری از متخصصان مانند هماتولوژیستها و غیره نیست.
4- با توجه به اینکه در این روش علاوه بر تزریق سلولهای بنیادی به اطراف عضلة دچار عارضه، از خاصیت همافزایی نور لیزر نیز استفاده میشود، در نتیجة التهاب موقت ایجادشدة ناشی از تابش نور لیزر، خونرسانی به ناحیة ایسکمیک و تزریقشده، افزایش مییابد و با این کار، احتمال موفقیت در پیوند سلولهای بنیادی و زنده ماندن سلولهای پیوندی افزایش مییابد.
این روش پیوند برای کدام گروه از بیماران قلبی مناسب است؟
گروهی از بیماران قلبی برای درمان مشکلات و نارساییهای قلبی، نیاز به عمل جراحی قلب باز و پیوند عروق میانبُر کرونری یا بایپس دارند. اما گاهی اوقات پس از اینکه بیماری برای انجام عمل بایپس عروق کرونری، تحت عمل قلب باز قرار میگیرد، به علت برخی مشکلات از جمله کوچک بودن رگ بستهشده یا سفت شدن بافتهای پیرامونی، امکان چنین عملی برای بهبودی وی وجود ندارد. در این شرایط، یکی از بهترین گزینهها انجام عمل پیوند سلولهای بنیادی به ناحیه دچار آسیب قلب است. بنابراین، در روش مذکور جراح قلب قادر است پس از مواجهه با چنین بیمارانی، فقط در مدت زمان 3 ساعت، ضمن تهیة سلولهای بنیادی، آنها را به قلب بیمار پیوند بزند. به عبارت بهتر، یکی از قابلیتهای ارزشمند و در خور توجه این روش آن است که نهتنها پیش از عمل جراحی، بلکه پس از بازکردن قفسة سینة بیمار نیز، جراح این امکان و فرصت را خواهد داشت تا از روش سلولدرمانی استفاده کند.
شایان ذکر است که در بیش از 50 درصد بیماران قلبی، قبل از اقدام به عمل جراحی معیارهای لازم برای پیوند سلولهای بنیادی وجود دارد. اما با این روش، در مورد بیماران دیگری که در حالت اورژانس به بیمارستان منتقل شده و این تشخیص قبلاً برای آنها داده نشده باشد، میتوان پس از اقدام به عمل جراحی و در حین کار چنین تصمیمی را اتخاذ کرد. برای مثال، اگر بیمارانی که در مرحلة نهایی نارسایی قلبی ( End stage heart failure ) قرار داشته و به علت سختشدن دیواره عروق کرونری، رگهای درگیر بهطور کامل بستهشده و به موقع تحت درمان بایپس قرار نگیرند، جراح تنها پس از باز کردن قفسة سینه بیمار متوجه عدم کارایی روش بایپس برای درمان فرد میشود. در چنین موارد اورژانسی، میتوان با پیوند سریع سلولهای بنیادی به قلب بیمار، جان او را نجات داد.
هزینه پیوند سلولهای بنیادی با روش مذکور
همانطور که قبلاً ذکر شد، در روش یادشده، برای تهیة سلولها از کیت ویژهای برای جداسازی سلولهای بنیادی ACC133 + از نمونة مغز استخوان بیمار استفاده میشود. هزینة استفاده از این کیت برای هر بیمار در حدود سه تا هفت هزار یورو است. علت گران بودن این کیت آن است که کل لوازم آن یکبار مصرف بوده و برای هر عمل باید مجموعة تازهای استفاده شود. اما علیرغم گران بودن کیت، استفاده از این ابزار به دلیل استریل بودن و داشتن سیستم کاملاً بستة آن، نیاز به سرمایهگذاریهای کلان جهت تجهیز آزمایشگاههای پیشرفته با شرایط GMP Lab برای تهیة سلولهای بنیادی عاری از آلودگی را کاملاً مرتفع میکند. لازم به ذکر است که کیت مورد استفاده در این عمل ویژة کارهای بالینی است و با انواع آزمایشگاهی آن که ارزانتر بوده و مجوزهای استفاده برای انسان را ندارد، کاملاً متفاوت است.
خصوصیات سلولهای بنیادی مورد استفاده
همانطور که ذکر شد، از سلولهای بنیادی ردة ACC133 + که از مغز استخوان خود فرد جداسازی میشود، برای سلولدرمانی در این روش استفاده میشود. در حال حاضر و بر اساس یافتههای محققان، سلولهای بنیادی ACC133 + بهعنوان سلولهای بنیادی اولیه ( Primitive stem cells ) شناخته میشوند. به عبارت دیگر، این سلولها توانایی تمایز به اغلب سلولهای دیگر از جمله سلولهای عصبی، ماهیچهای قلبی و استخوانی (استئوکلاست) را دارا هستند. بنابراین در مقایسه با دیگر ردههای سلولی اخذشده از مغز استخوان، بهترین شرایط را برای پیوند دارند.
جداسازی سلولهای ACC133 + با استفاده از نانوتکنولوژی
در کیت ویژهای که برای جداسازی سلولهای بنیادی ACC133 + از نمونة مغز استخوان استفاده میشود، جداسازی سلولها بر مبنای اتصال رسپتورهای ( Receptors ) سلولی به گیرندة اختصاصی آنها استوار است. به عبارت دیگر، سلولهای بنیادی ACC133 + در سطح خود دارای رسپتوری بهنام ACC133 هستند که قادر است به گیرندة اختصاصی خود اتصال یابد. گیرندة مذکور که آنتیبادی اختصاصی (منوکلونال) بر علیه ACC133 است، به یک قطعة 50 نانومتری با خاصیت آهنربایی (مگنت) متصل میشود که اصطلاحاً آنتیبادی منوکلونال کونژوگه نامیده میشود. پس از تهیة خون مغز استخوان، نمونه را از ستونی که حاوی آنتیبادیهای کونژوگة تثبیت شده است، عبور میدهند. در نتیجه، سلولهای بنیادی با گیرندة سطحی ACC133 به آنتیبادیها چسبیده و بهراحتی قابل جمعآوری هستند، در حالیکه ردههای دیگر سلولی موجود در نمونه از ستون خارج و حذف میشوند. کل این روند در داخل کیت استریل انجام میشود و سلولهای مورد نیاز برای پیوند با خلوص بالا، بدون آلودگی و در کمترین زمان ممکن در اختیار جراح قلب قرار میگیرند.
لازم به ذکر است که در داخل نمونة اخذشدة مغز استخوان، کمتر از 5/1 درصد سلولها از نوع ACC133 + هستند و بقیه شامل ردههای دیگر سلولی هستند. برای مثال، کمتر از 10 درصد سلولها از نوع CD34 + و حدود 25-20 درصد سلولها CD117 + هستند.
7)کاربردهای سلولهای بنیادی در پزشکی
متن زیر به بیان کاربردهای عملی، قریبالوقوع و قابلانتظار سلولهای بنیادی میپردازد. این متن، دیدگاه آقای مسعود سلیمانی، دانشجوی دکتری تخصصی گروه هماتولوژی دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس در این زمینه میباشد:
تولید اینترفرونها در زمان خود، انقلاب در پزشکی محسوب شد و این امیدواری را پیش آورد که بتواند بهعنوان درمان قطعی سرطان مورد استفاده قرار گیرد؛ اما گذشت زمان برخی محدودیتهای آن را نمایان ساخت.
پس از آن، ژندرمانی به عنوان راهی برای درمان سرطان مطرح شد که سر و صدای زیادی در مجامع علمی و پزشکی به راه انداخت؛ در این تکنولوژی، معمولاً از ویروسها به عنوان ناقلین ژنها استفاده میشود که مشکلاتی همچون تومورزایی، بیماریزایی و غیره را به همراه دارد و لذا این روش نیز با محدودیتهای جدی روبرو شد.
امروزه یکی از کاربردهای سلولهای بنیادی که توجه زیادی را به خود معطوف داشته است، همین درمان سرطان است؛ چرا که از سلولهای بنیادی انسانی و معمولاً بدون تغییر ژنتیکی، میتوان برای ترمیم بافتهای آسیب دیده استفاده کرد.
هر چند استفاده از سلولهای بنیادی، در مراحل اولیه خود به سر میبرد، اما متخصصین معتقدند در آیندهای نهچندان دور، کاربردهای وسیعی در علم پزشکی خواهد داشت. با این اعتقاد، هماکنون در اقصی نقاط جهان تحقیقات وسیعی در خصوص استفاده از سلولهای بنیادی در جهت تأمین سلامت انسان در حال انجام است. در ذیل به چند نمونه از کاربردهای نزدیک به حصول سلولهای بنیادی اشاره میشود:
1- ترمیم بافتهای آسیبدیده قلب
امروزه شمار زیادی از مردم دنیا از بیماریهای قلبی ناشی از آ?سیبدیدگی بافتهای آن رنج میبرند که بعضاً منجر به مرگ نیز میشود. ترمیم بافتهای آسیبدیده، همواره یکی از دغدغههای پزشکان و متخصصین علوم پزشکی بوده و بهرهگیری از سلولهای بنیادی، امید تازهای در این عرصه به وجود آورده است. متخصصین امیدوارند سلولهای بنیادی را از مغز استخوان افراد بیمار (یا جنین نوظهور) استخراج و آنها را در محیط آزمایشگاه به سلولهای قلبی تبدیل نمایند و نهایتاً با تزریق این سلولهای تمایزیافته به بدن، امکان ترمیم بافتهای آسیبدیده قلب را فراهم آورند.
البته این تکنیک هنوز در مرحله آزمایشگاهی است، اما موفقیتهای بهدست آمده در حیوانات آزمایشگاهی، احتمال بهرهگیری از آن را در انسان قوت بخشیده است.
2- ترمیم بافتهای استخوانی
در افرادی که شکستگی وسیع استخوان دارند و یا کسانی که مورد عمل جراحی مغزی قرار گرفته و کاسه سر آنها برداشته شده و همچنین اشخاصی که استخوانهای آنها بهکندی جوش میخورد، از سلولهای بنیادی برای جوشخوردگی سریع و جلوگیری از عفونتهای بعدی استفاده میشود. در این تکنیک، سلولهای بنیادی مزانشیمی از فرد گرفته شده و در محیط آزمایشگاه به سلولهای استئوپلاست (استخوانی) تبدیل میشوند، سپس این سلولها در کنار بافتهای آسیبدیده استقرار مییابند تا باعث جوشخوردگی سریع این بافتها گردند. در این مورد، سلولها از خود شخص جدا میشوند؛ بنابراین مشکل پسزدگی و عوارض جانبی را نیز در برندارد.
تکنیک مذکور از مرحله آزمایشگاهی خارج شده و هماکنون درکشورهای پیشرفته دنیا از جمله آمریکا و ژاپن به طور عملی و کاربردی بر روی بیماران انجام میشود.
3- درمان بیماریها و ضایعات عصبی
پیشرفتهای بشر در زمینه تولید، تکثیر و تمایز سلولهای بنیادی، این امید را به وجود آورده است که بتوان از این سلولها در مداوای ضایعات عصبی مانند قطع نخاع و بیماریهای عصبی همچون آلزایمر، پارکینسون، MS و غیره نیز بهره برد. در این مورد نیز پس از تهیه سلولهای بنیادی از شخص موردنظر، آنها را به سلول عصبی تبدیل نموده و برای ترمیم یا مداوا مورد استفاده قرار میدهند. البته بخش اعظم این تکنولوژی، در مرحله آزمایشگاهی است؛ اما با پیشرفتهای خوبی همراه بوده است. بهعنوان مثال، طی گزارشی که اخیراً منتشره شده، متخصصین فرانسوی موفق شدند با استفاده از سلولهای مزانشیمی، موش قطع نخاع شدهای را تا حدی بهبود بخشند که قادر به حرکت باشد ( البته نه با تعادل صددرصد). این موضوع در صورتیکه با موفقیت نهایی توأم شود، انقلاب بزرگی در پزشکی به شمار میرود.
ضمن اینکه یک شرکت آمریکایی بنام اورسی که یک مرکز تحقیقاتی خصوصی بوده و متخصصین ارشد جهان در زمینه سلولهای بنیادی را گرد هم آورده، ادعا کرده است که قادر به مداوای بیماریهایی مانند آلزایمر، پارکینسون، MS و غیره میباشد که این عمل را با استفاده از سلولهای بنیادی خود شخص انجام میدهد؛ البته در قبال آن هزینههای بالایی تا حد 100 هزار دلار دریافت مینمایند.
4- ترمیم سوختگیها و ضایعات پوستی
جراحات پوستی ناشی از سوختگی یا صدمات دیگر، بسیاری از بیماران را به خود مبتلا نموده است. در روش معمول برای ترمیم قسمتهای صدمهدیده، از پوست بخشهای سالم بدن استفاده میشود که مشکلاتی را برای بیمار بهوجود میآورد. اما با .استفاده از سلولهای بنیادی میتوان سلولهای پوستی را در محیط آزمایشگاه تولید نمود و درترمیم بافتهای صدمهدیده از آنها استفاده کرد. این تکنولوژی در حال حاضر، کاربردی شده و توسط یکی از بیمارستانهای انگلستان مورد استفاده قرار میگیرد.
5- ترمیم لوزالمعده (پانکراس) و ترشح انسولین
اخیراً در دانشگاه آلبرتا کانادا، متخصصین موفق شدند سلولهای بنیادی مزانشیمی را به سلولهای پانکراس انسانی تبدیل نمایند و به بیماران دیابتی منتقل نمایند. این آزمایش بر روی 23 نفر انجام شد که 16 نفر از تزریق انسولین بینیاز شدند. یادآوری میشود که این پیوند از نوع اتولوگ بود (برای مداوای هر شخص از سلولهای بنیادی خود وی استفاده شد) و مشکلات جانبی در بر نداشت.
6- آزمون تأثیر داروهای جدید
داروهای سنتتیک جدید ممکن است بر سلولها یا بافتهای انسانی تأثیرات متفاوتی داشته باشند که امکان تست آنها در انسانها به دلیل مسایل اخلاق پزشکی وجود ندارد. بهعنوان مثال، یک داروی سنتتیک قلبی ممکن است بر سلولها یا بافتهای قلبی تأثیر سویی داشته باشد. در این موارد میتوان سلولهای قلبی یا هر بافت دیگر را با استفاده از سلولهای بنیادی تولید نمود و داروهای جدید را بر روی آنها آزمایش کرد، بدون اینکه نیاز به آزمایش در بدن انسان باشد (آزمایشات مقدماتی انسانی). در این خصوص سلولهای بنیادی جنینی میتوانند کاربرد وسیعی داشته باشند.
7- ترمیم سایر بافتهای آسیبدیده
مواردی که اشاره شد کاربردهایی از سلولهای بنیادی بود که به صورت کاربردی درآمده بودند و یا نزدیک به کاربردی شدن هستند، اما از کاربردهای بالقوه این سلولها میتوان به ترمیم بافتهای آسیب دیده دیگر بدن از جمله غضروف، کبد، ماهیچه و غیره اشاره کرد که میتواند دامنه کاربرد سلولهای بنیادی را در آینده افزایش دهد.
یک نکته مهم
در اطلاعرسانی عمومی کاربرد سلولهای بنیادی، باید به این نکته توجه شود که انتظارات بیش از حد توانایی این تکنولوژی در مردم به وجود نیاید. ساخت اندام، یکی از امیدهایی است که ممکن است در برخی از مردم ایجاد گردد؛ باید خاطر نشان کرد. که با دانش کنونی بشر، امکان تولید عضو یا اندام توسط این تکنولوژی وجود ندارد و به نظر نمیرسد در آیندهای نزدیک نیز این امر محقق شود. بهعنوان مثال، اگر قلب را در نظر بگیریم علاوه بر شکل آن که در کارکردش بسیار حایز اهمیت است، از سلولها و بافتهای مختلفی از جمله بافت ماهیچهای، خونی، اپیدرمی، رگ و غیره درست شده است. اگر بخواهیم سلولهای بنیادی را به هر یک از این بافتها تبدیل نماییم، نیازمند اعمال شرایط و تیمارهای ویژهای هستیم که فراهم کردن همه آنها به طور همزمان در یک بیورآکتور غیرممکن است. شاید در آینده بشر بتواند این اعضاء را دربدن انسان یا حیوان تولید نماید که بهویژه در مورد دوم علاوه بر مشکلات تکنیکی با محدودیتهای اخلاقی نیز مواجه است.
با این تفاسیر، کاربرد قابل انتظار بهرهگیری از سلولهای بنیادی در شرایط فعلی و آینده نزدیک، ترمیم بافتهای آسیبدیده است که در موارد فوق به آنها اشاره شد. هر چند همین کاربردها نیز در صورت فراگیرشدن، انقلابی در پزشکی محسوب میشوند.
منابع:
همشهری امارات
خبرگزارى فارس
http://www.salamatiran.com
http://www.hamshahrionline.ir
http://www.irshafa.ir
http://bio.itan.ir
http://www.jazirehdanesh.com
http://www.bazyab.ir