دانستنیهای بمب اتم
بمب اتمی سلاحی است که نیروی آن از انرژی اتمی و بر اثر شکاف هسته (فیسیون ) اتمهای پلوتونیوم یا اورانیوم ایجاد می شود .در فرآیند شکافت هسته ای ، اتمهای ناپایدار شکافته و به اتمهای سبکتر تبدیل می شوند .
نخستین بمب از این نوع ، در سال ۱۹۴۵ م در ایالات نیو مکزیکو در ایالات متحده آمریکا آزمایش شد . این بمب ، انفجاری با قدرت ۱۹ کیلو تن ایجاد کرد ( یک کیلو تن برابر است باانرژی اتمی آزاد شده ۱۹۰ تن ماده منفجره تی . ان . تی ) انفجار بمب اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اکتیو را همراه دارد . انفجار بمب اتمی چندین هزار میلیارد کالری حرارت را در چند میلیونیوم ثانیه ایجاد می کند .
این دمای چند میلیون درجه ای با فشار بسیار زیاد تا فاصله ۱۲۰۰ متری از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتی صدمه می زند و سبب مرگ و بیماری انسان و جانوران می شود . همچنین زمین ، هوا آب و همه چیز را به مواد رادیو اکتیو آلوده می کند .
بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:
۱) شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۳) به کار می رود.
برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است:
ـ یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.
ـ دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد.
در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم ۲۳۵ برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم ۲۳۵ ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم ۲۳۵ یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم ۲۳۵ برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم ۲۳۵ دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.
۱) احتمال اینکه اتم اورانیوم ۲۳۵ نوترونی را که به سمتش است، جذب کند، بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.
۲) فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (۱۲-۱۰ ثانیه) رخ می دهد.
۳) حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود. انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم ۲۳۵ دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc۲= E محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن ۱۷ متر (ارتفاع یک ساختمان ۵ طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم ۲۳۵ را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم ۲۳۵ به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.در یک بمب شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.
۱) دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد.
۲) نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.
۳) برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم ۲۳۵ به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم ۲۳۵ در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:
۱) انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ
۲) برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت
۳) انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. این بمب ۵/۱۴ کیلو تن برابر با ۵۰۰/۱۴ تن TNT بازده و ۵/۱ درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها ۵/۱ درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.
در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم ۲۳۵ و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم ۲۳۹ تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:
۱) انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.
۲) موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.
۳) فرآیند شکافت شروع می شود.
۴) بمب منفجر می شود.
در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این بمب ۲۳ کیلو تن و کارآیی آن ۱۷درصد بود.شکافت معمولا در ۵۶۰ میلیاردم ثانیه رخ می دهد.بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند. بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد. در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:
۱) بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.
۲) اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.
۳) گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.
۴) لیتیوم - دوتریوم ۳۰ برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.
۵) امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.
۶) میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.
۷) نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.
۸) ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.
۹) نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم ۲۳۸ که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.
۱۰) شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.
۱۱) بمب منفجر شود.
فناوری هسته ای ابزارمهم در پژوهش های کشاورزی
● تولید ابزارهای مقاوم به شوری و سرما
با پرتودهی بذرها می توان آنها را در برابر آب و خاک شور و مناطق سرد مقاوم کرد و از این طریق در مناطق کویری هم می توان گیاهان مقاومت را کاشت و بارور کرد.● تولید میوه های بدون هسته
مراکز تحقیقاتی جهادکشاورزی بیشترین همکاری را با سازمان انرژی اتمی دارد و یکی از طرح های مشترک تولید پرتقال، نارنگی و پرتقال کم هسته در باغات تنکابن است.● افزایش ماندگاری محصولات کشاورزی
رئیس موسسه تحقیقاتی بیوتکنولوژی جهادکشاورزی افزایش ماندگاری میوه به ویژه مرکبات را در سردخانه ها از دیگر کاربردهای انرژی هسته ای و کشاورزی می داند و می افزاید: با استفاده از پرتودهی گاما و افزایش عمر ماندگاری محصولات باغی به ویژه مرکبات می توان ضایعات میوه را کاهش داد و زمان بیشتری برای بازاریابی و صادرات این محصولات به بازارهای بین المللی برای تولیدکنندگان و صادرکنندگان فراهم کرد.● کاربرد انرژی هسته ای در مبارزه با آفات محصولات کشاورزی
امروزه در جهان به بهداشت محصولات غذایی اهمیت زیادی می دهند .● تولید گونه های پرمحصول و حفظ ذخایر ژنتیکی کشور
تولید گونه هایی از محصولات غذایی با حاصلخیزی بیشتر به منظور افزایش عملکرد محصول در واحد سطح و استفاده بهینه از منابع آب و خاک یکی از مهمترین کاربردهای انرژی هسته ای است.● افزایش سرعت تحقیقات
برخی تحقیقات کشاورزی برای رسیدن به نتیجه مطلوب زمان زیادی طلب می کند درحالی که با استفاده از فناوری هسته ای این زمان به نصف کاهش می یابد.● ضرورت دستیابی به دانش و فناوری هسته ای
دستیابی به دانش و فناوری هسته ای در ایران با توجه به افزایش جمعیت و نیازهای غذایی کشور و کاهش سرانه منابع آبی و فرسایش خاک امروزه یک ضرورت است.●ساختار اتم
اتم کوچکترین بخش سازنده یک عنصر شیمیایی است که هنوز هم خواص شیمیایی آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الکترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الکترون به دور هسته اتم می گردد. الکترون بار منفی و جرم بسیار کمی دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود ۱۸۷۰ بار سنگین تر از الکترون است، بنابر این بخش عمده جرم یک اتم درون هسته آن قرار دارد. ایزوتوپ: ایزوتوپ به صورت های گوناگون یک عنصر گفته می شود که جرم آنها با هم تفاوت داشته باشد. تفاوت ایزوتوپ های مختلف یک عنصر از آنجا ناشی می شود که تعداد نوترون های موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد.●تاریخچه تولید آب سنگین
والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبی «مارپیچ» وجود دو تریم را پیش بینی کرد. هارولد یوری یکی از شیمیدانان دانشگاه کلمبیا در سال ۱۹۳۱ توانست آن را کشف کند. گیلبرت نیوتن لوئیس هم در سال ۱۹۳۳ توانست اولین نمونه از آب سنگین خالص را با استفاده از روش الکترولیز تهیه کند. هوسی و هافر نیز در سال ۱۹۳۴ از آب سنگین استفاده کردند و با انجام اولین آزمون های ردیابی زیست شناختی به بررسی سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.●کاربرد های آب سنگین
آب سنگین در پژوهش های علمی در حوزه های مختلف از جمله زیست شناسی، پزشکی، فیزیک و... کاربردهای فراوانی دارد که در زیر به چند مورد آن اشاره می کنیم.●کند کننده نوترون
آب سنگین در بعضی از انواع رآکتورهای هسته ای نیز به عنوان کند کننده نوترون به کار می رود. نوترون های کند می توانند با اورانیوم واکنش بدهند.از آب سبک یا آب معمولی هم می توان به عنوان کند کننده استفاده کرد، اما از آنجایی که آب سبک نوترون های حرارتی را هم جذب می کنند، رآکتورهای آب سبک باید اورانیوم غنی شده اورانیوم با خلوص زیاد استفاده کنند، اما رآکتور آب سنگین می تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده کند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح های هسته ای مربوط است. رآکتورهای تولید آب سنگین را می توان به گونه ای ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می توان از روش های دیگری هم استفاده کرد. کشورهای هند، اسرائیل، پاکستان، کره شمالی، روسیه و آمریکا از رآکتورهای تولید آب سنگین برای تولید بمب اتمی استفاده کردند.با توجه به امکان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته ای، در بسیاری از کشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را کنترل می کند.●آشکار سازی نوترینو
رصد خانه نوترینوی سادبری در انتاریوی کانادا از هزار تن آب سنگین استفاده می کند. آشکار ساز نوترینو در اعماق زمین و در دل یک معدن قدیمی کار گذاشته شده تا مئون های پرتو های کیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است که آیا نوترینوهای الکترون که از همجوشی در خورشید تولید می شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می شوند یا خیر. وجود آب سنگین در این آزمایش ها ضروری است، زیرا دوتریم مورد نیاز برای آشکارسازی انواع نوترینوها را فراهم می کند.●آزمون های سوخت و ساز در بدن
از مخلوط آب سنگین با ۱۸O H۲ آبی که اکسیژن آن ایزوتوپ ۱۸O است نه ۱۶O برای انجام آزمایش اندازه گیری سرعت سوخت و ساز بدن انسان و حیوانات استفاده می شود. این آزمون سوخت و ساز را معمولا آزمون آب دوبار نشان دار شده می نامند.●تولید تریتیم
هنگامی که دوتریم رآکتور آب سنگین یک نوترون به دست می آورد به تریتیم ایزوتوپ دیگر هیدروژن تبدیل می شود. تولید تریتیم به این روش به فناوری چندان پیچیده ای نیاز ندارد و آسان تر از تولید تریتیم به روش تبدیل نوترونی لیتیم ۶ است. تریتیم در ساخت نیروگاه های گرما هسته ای کاربرد دارد.
تاریخچه انرژی اتمی ایران
کاربردهای انرژی هسته ای
انرژی هسته ای در پزشکی :
از سنگ اورانیوم تا بمب اتم
استخراج اورانیوم از معدن
فراوری
سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد.غنی سازی
هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U۲۳۵ باشد.راکتور هسته ای
راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.باز فراوری
برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل میکنند.بمب پلوتونیومی
استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ۱۲ کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.بمب اورانیومی
هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
تاثیر فناوری هستهیی در کشاورزی را باید بپذیرند
گفتگوی ایسنا با رییس بخش کشاورزی هستهیی مرکز تحقیقات کرج:
”گندم اتمی“ را مردم دهنمک و گرمسار برداشت میکنند.
کار برد فناوری هسته ای دردفع آ فات گیاهی نریتور
آیا انرژی هسته ای حق مسلم ایرانیان است ؟
چرا ایران به دنبال انرژی هسته ای است ؟
ایران یکی از کشورهای غنی از انواع سوخت های فسیلی مانند نفت و گاز است . کمتر کسی است که با آوردن نام نفت و یا گاز به یاد ایران نیفتد . اما اکنون ایران نام خود را در رابطه با نوعی دیگر از انرژی نیز بر سر زبانها انداخته است ” انرژی هسته ای “. اکثر افرادی که مخالف دست یابی ایران به انرژی هسته ای هستند و برنامه های هسته ای ایران را زیر سوال می برند به این نکته تاکید دارند که : ” کشوری که دریایی از نفت و گاز است چه نیازی به انرژی هسته ای دارد ؟ ” . آیا واقعا اهدافی دیگر در پشت پرده نیست ؟مزایایی استفاده از انژری هسته ای :
انرژی در جهان امروز یک عامل راهبردی است و اغلب کشورهای جهان به خصوص آنها که به دنبال اعمال اراده و قدرت خود بر دیگر کشورها می باشند از همین دریچه به مقوله انرژی می نگرند.پزشکی هسته ای :
تصویر برداری در پزشکی هسته ایپزشکی هسته ای و درمان بیماریها
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 استکاربردهای پزشکی:
در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام داردکاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.کاربردهای کشاورزی:
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:کاربردهای صنعتی:
در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از:انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:
در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق :
یکی از مهم ترین موارد استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای ، تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی است. با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی ، استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید.برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها:
علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر استفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید. منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد. استفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد. تولید برق از طریق نیروگاه اتمی ، آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد. تولید هفت هزار مگاوات با مصرف ۱۹۰ میلیون شبکه نفت خام ، هزارتن دیاکسید کربن ، ۱۵۰ تن ذرات معلق در هوا ، ۱۳۰ تن گوگرد و ۵۰ تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند، در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد.
الکترون ها ضامن سلامت غذای شما!
زباله هستهای
نگاه اجمالی
موضوع تولید زبالههای هستهای از زمان کشف مواد رادیواکتیو مورد نظر بوده است. ولی توجه خاص به آن پس از کشف شکافت است چرا که کلیه راکتورهای شکافت هستهای ایزوتوپهای رادیواکتیو تولید میکنند. میزان تابش بسیاری از ایزوتوپها برای حیات جانداران خطرناک است بنابراین ، مسئله جداسازی و انبار نمودن و دفن ایمن آنها با زیاد شدن تعداد راکتورها و سطح انرژی آنها سال به سال مباحث گستردهای را دربر میگیرد.زباله هسته ای
مشکلات ناشی از زباله هستهای
خطر واپاشی رادیواکتیوی:
خطر عمده ناشی از این واقعیت است که بعضی نیم عمرها زمان فعال زبالههای رادیواکتیوی را به هزاران سال میرسانند. واپاشی رادیواکتیوی باید جریان خود را طی کند حتی اگر هزار سال طول بکشد.زبالههای گازی:
غالبا ایزوتوپهای رادیواکتیو از گازهای نجیب ، از قبیل کریپتون هستند. تریتیم که ایزوتوپی از هیدروژن است نیز به صورت گاز ، عمدتا بصورت بخار آب ، تخلیه میشود. تریتیم بصورت بخش هیدروژنی مولکول آب در زنجیرهای زیست شناختی مواد غذایی وارد میشود.آبهای زیرزمینی:
ایزوتوپهای رادیواکتیو در زبالههای مایع ، معمولا از طریق بارندگی به صورت جامد در میآید و انبار میشود اگر این زبالهها در زمین در گودالهای بدون آستر ، بدون آنکه در محفظههای خاص باشند دفن شوند در طی چند قرن بعد آبهای زیرزمینی این مواد رادیواکتیو را پراکنده خواهند کرد.راه حل چیست؟
اگر ما نتوانیم واپاشی رادیواکتیو را کنترل کنیم و با چنین مقادیر عظیمی از زبالههای رادیواکتیوی مواجه باشیم چه باید بکنیم؟ راه حلهای ارائه شده برای این مسائل خود با این مسئله مواجه است که « یک راه حل موجب بروز نوعی آلودگی دیگر میشود.» اصل قضیه این است که زبالهها را هر چه ممکن است از خود دور کنیم. طرحهای خیالی از این قبیل که زبالههای هستهای را با موشک به خورشید یا فضای بسیار دور حمل کنیم یا آنها را در اقیانوسهای عمیق دفن کنیم ،عمدتا به خاطر هزینه زیاد و خطرات احتمالی کنار گذاشته شدهاند. وزارت انرژی متعهد شده است که در سال 1998 انبارهای زیرزمینی در بسترهای نمکی ، رسی و صخرهای ایجاد کند. بر طبق این طرح زبالهها نخست در محفظههای خاصی که در مقابل ضربه خوردگی مقاومت هزاران ساله دارند، قرار میگیرند سپس به انبارها منتقل میشوند.دفن زبالههای هستهای
مرحله عملیاتی برای دفن زباله هستهای بستگی به قدرت تشعشع و خطر حاصل از آنها دارد.زبالههای با اکیتویته پائین:
پسمان یا زباله هستهای از مرحله معدن کاری اورانیم و توریم شروع میگردد. پس از معدن کاری پسمان متالوژی، دارای رادیوم خطرناک است این ایزوتوپ بصورت فضائی شیمیایی سولفات رادیوم همراه با باریت در منطقه خود معدن دفن میشود. قسمت اعظم پسمان با اکتیویته پائین و متوسط در طی کار عادی رادیواکتیو تشکیل میگردد. پس از اعمال شیمیایی مناسب در صورتی که زبالهها دارای اکتیویته پائین باشند در قعر دریا در محل امنی فرو ریخته میشود.زبالههای با اکتیویته متوسط :
در جایی که پسمان دارای اکتیویته متوسط و یا نسبتا بالا باشد، لازم است ابتدا حجم بوسیله تجهیز در استخرهایی که بوسیله پلی اتیلن پوشش داده شده بارهای اکتیویته صفر در اتمسفر به یک بیستم رساند. سپس محلول در شبکه فولادی بوسیله افزایش پسمان مخصوص در امثال آن به جامد تبدیل شده و شبکههای مهر شده در زیر زمین دفن میشود.زبالههای با اکتیویته بالا:
هر جا که پسمانها با اکتیویته بالا باشند مانند آنهایی که در نیروگاههای هستهای یا جایی که سوخت مصرف شده برای جدا سازی اورانیم و پلوتونیوم بازیابی میشوند دقیق دفع پسمان بکار میرود. ابتدا میلههای سوخت رادیواکتیو بالا یا « داغ » برای چندین ماه در زیر آب نگهداری میشوند تا خنک شده و اکتیویته آنها فروپاشی نماید. سپس عملیات شیمیایی مشخص را برای جداسازی اورانیوم و پلوتونیوم بکار گرفته میشود. مایع باقیمانده تا حجم کوچکی تبخیر میگردد و در ماتریس از شیشه قرار میگیرد.دفع دائمی
پس از گذشت پریود فوق پیشنهاد میشود که بستههای دفن شده را در محلهای عمیق و صخرههای سخت که از نظر زمین شناسی پایدار بوده و دور از جریان آب قرار دارند، انتقال داد. قسمتی از میدانهای طلای کولار که به مدت زیادی مورد استفاده قرار نگرفتهاند، انبارهای ممکن برای اینکار هستند.
سلول بنیادی چیست؟
مقدمه
درون جنین میلیونها سلول بنیادی وجود دارد که
بزرگی همه آنها کمتر از یک نقطه است. این سلولها از پتانسیل بالایی برخوردار هستند
و میتوانند طی فرایند تمایز یابی به سلولهای بافتهای مختلف در بدن تبدیل شوند.
پتانسیل تقریبا نامحدود این سلولها آنها را در کانون تحقیقات پزشکی قرار داده است.
تصور کنید که این سلولها بتوانند حافظه بیمار مبتلا به آ آلزایمر را به وی
برگردانند.پوستی را که در اثر سانحه آسیب دیده جایگزین کنند یا بیمار معلولی را
قادر به راه رفتن دوباره کنند! و .... اما پیش از آنکه دانشمندان نحوه استفاده از
سلولهای بنیادی را برای مقاصد پزشکی فرا بگیرند باید دریابند که چگونه میتوانند
قدرت این سلولها را تحت کنترل خود درآورند. آنها باید نحوه استفاده از سلولهای
بنیادی و تبدیل آنها به بافتها یا اندامهای خاصی را فرا بگیرند تا بتوانند یک بیمار
یا بیماری علاج کنند.
سلول بنیادی چیست؟
سلول بنیادی سازنده بدن انسان است. سلولهای بنیادی درون جنین در نهایت به سلول ، بافت و اندامهای مختلف بدن جنین تبدیل میشوند. برخلاف یک سلول معمولی که قادر است با تکثیر شدن چندین سلول از نوع خود را بوجود آورد سلول بنیادی همه منظوره و بسیار توانمند است و وقتی تقسیم شود، میتواند به هر یک از انواع سلولها در بدن تبدیل شود. سلولهای بنیادی از قابلیت خود نوسازی هم برخوردارند. سلولهای بنیادی خود بر دو نوع هستند. سلولهای بنیادی جنینی و سلولهای بنیادی بالغ.تاریخچه
در اوایل دهه 1980 میلادی دانشمندان نحوه قرار گرفتن سلولهای بنیادی جنینی از موش و کشت آنها را در آزمایشگاه فرا گرفتند و در سال 1998 برای اولین بار در سلولهای بنیادی جنینی انسان را در آزمایشگاه تولید کردند. اما این سوال پیش میآید که پژوهشگران جنین انسان را از کجا بدست میآورند؟ جنین را میتوان با تولید مثل ، تلفیق اسپرم و تتخمک یا شبیه سازی تولید کرد.راههای تولید جنین
تولید مثل
این راه طبیعی تولید جنین است.تلفیق گامتها در شرایط آزمایشگاه
پژوهشگران تمایل زیادی به تولید جنین از طریق تلفیق اسپرم و تخمک ندارند. با این وجود بسیاری از آنها جنینهای بارور شده در کلینیکهای بارورسازی استفاده میکنند. گاهی اوقات زوجهایی که نمیتوانند بطور طبیعی بچهدار شوند و میخواهند به شیوه مصنوعی صاحب فرزند شوند چندین جنین بارور شده تولید میکنند که همگی آنها مورد استفاده قرار نمیگیرند. و جنینهای اضافی را برای انجام تحقیقات علمی اهدا کنند.شبیه سازی درمانی
در این شیوه یک سلول از بیماری که نیازمند درمان از طریق سلول بنیادی است با تخمک اهدا شده ادغام میشود. پس از آن هسته تخمک جدا شده و هسته سلول شخص بیمار جایگزین آن میگردد. سپس تخمک حاصل از طریق شیمیایی یا الکتریکی تحریک میگردد تا تقسیم سلولی انجام دهد. جنین حاصل مواد ژنتیکی بیمار را حمل خواهد کرد که میتواند پس زدن سلولهای بنیادی را پس از پیوند آنها به میزان زیادی کاهش دهد.تکثیر سلولهای بنیادی در آزمایشگاه
جنین 3 تا 5 روزه را بلاستوسیست مینامند. یک بلاستوسیست توده ای مشکل از 100 سلول و یا بیشتر است. سلولهای بنیادی سلولهای درونی بلاستوسیست هستند که در نهایت به هر سلول ، بافت و اندام درون بدن تبدیل میشوند. دانشمندان سلولهای بنیادی را از بلاستوسیست جدا کرده و آنها را درون ظرف پتری دیش در آزمایشگاه کشت میدهند. پس از آنکه سلولها چندین بار تکثیر شدند و میزان آنها از گنجایش ظرف کشت فراتر رفت آنها را از آن ظرف برداشته و درون چندین ظرف قرار میدهند. سلولهای بنیادی جنینی که چندین ماه بدون ایجاد تمایز پرورش یافتهاند خط سلول بنیادی نامیده میشوند.موانع بر سر راه استفاده از سلول بنیادی
یکی از این موانع مشکل پس زدن است. اگر سلولهای بنیادی جنینی اهدا شده به یک بیمار تزریق شوند ممکن است سیستم ایمنی بدن بیمار این سلولها را مهاجمان خارجی تلقی کرده و به آنها حمله کند. اما استفاده از سلولهای بنیادی بالغ تا حدودی از این مشکل میکاهد. زیرا سیستم ایمنی بدن بیمار سلولهای بنیادی خود بیمار را پس نمیزند.کاربرد سلولهای بنیادی در بازسازی سلولها
از سلولهای بنیادی میتوان برای بازسازی سلولها یا بافتهایی استفاده کرد که بر اثر بیماری یا جراحت صدمه دیدهاند. این نوع درمان به درمان سلولی معروف است. یکی از کاربردهای بالقوه این شیوه درمان ، تزریق سلولهای بنیادی جنینی در قلب برای بازسازی سلولهایی است که بر اثر حمله قلبی صدمه دیدهاند. در یکی از تحقیقات ، پژوهشگران زمینه سکته قلبی چندین موش را فراهم کرده و پس از آن سلولهای بنیادی جنینی را درون قلب آسیب دیده موشها تزریق نمودند. در نهایت سلولهای بنیادی بافت ماهیچه آسیب دیده را بازسازی کردند و کارکرد قلب موشها را بهبود بخشیدند.کاربرد سلولهای بنیادی در تولید اندام کامل
شاید دانشمندان بتوانند حتی یک اندام کامل را در آزمایشگاه پرورش داده و آن را جایگزین اندامی کنند که بر اثر بیماری آسیب دیده است. برای این کار باید نوعی چارچوب از جنس پلیمر زیست تجزیه پذیر را به شکل اندام مورد نظر بسازند و سپس آن را با سلولهای بنیادی جنینی یا بالغ بارور سازند. پس از آن عوامل رشد مخصوص آن اندام افزوده میشوند تا پرورش اندام را تحت کنترل و هدایت درآورند.اختلاف نظر در مورد تحقیقات سلول بنیادی
تحقیقات سلول بنیادی یکی از بزرگترین موضوعاتی است که اجتماعات علمی و مذهبی را رو در رو قرار داده است و هسته این اختلاف یک سوال است حیات چه موقع آغاز میشود؟ برای بدست آوردن سلولهای بنیادی دانشمندان یا باید از جنینی استفاده کنند که بارور شده است و یا به روش شبیه سازی ، جنینی را از سلول بدن بیمار و تخمک اهدایی بسازند. در هر دو صورت برای جدا کردن سلولهای بنیادی یک جنین باید جنین از بین برود. و اگرچه این جنین تنها 4 یا 5 سلول را دربرمیگیرد. بعضی از رهبران مذهبی بر این باورند که این کار همانند گرفتن جان یک انسان است.شبیه سازی انسان
مساله دیگر مورد اختلاف شبیه سازی انسان است. اگر دانشمندان بتوانند جنینی را در آزمایشگاه خلق کنند آیا نمیتوانند آن جنین را درون رحم یک مادر دیگر پیوند زده و زمینه رشد یک نوزاد را فراهم کنند؟! ایده شبیه سازی انسان افکار هولناک و مخوف پرورش ابر انسانها با ضریب هوشی بسیار بالا و قابلیتهای فیزیکی مانند قهرمانان خیالی سوپر من و بت من و یا خلق کودکانی که صرفا برای استفاده از اندام پرورش مییابند را تداعی میکند.هنگامی که گروهی از محققان اسکاتلندی در سال 1997 اعلان کردند که توانستهاند با موفقیت گوسفندی را به نام دالی شبیه سازی کنند وحشت ناشی از شبیه سازی شدت گرفت. حتی با افزایش آگاهی و شناخت دانشمندان از سلولهای بنیادی و توانایی کنترل آنها بحثهای اخلاقی و سیاسی در این مورد داغتر و وخیمتر میشود. بسیاری از دولتها محدودیتهای شدیدی را بر تحقیقات سلول بنیادی اعمال کردهاند و تامین بودجه این تحقیقات را با مشکلات زیادی مواجه نمودهاند.
آینده بحث
مخالفت جامعه جهانی با پدیده شبیه سازی مولد انسان گسترده و عامالشمول است. اما به نظر میرسد بسیاری از کشورها با انجام تحقیقات پزشکی برای مقابله با بیماریهایی چون پارکینسون ،آلزایمر ، بیماری های قلبیو سرطان ازطریق تولید جنینهای آزمایشگاهی و همچنین تحقیق و بررسی روی آنها به منظور ایجاد توسعه و پیشرفت در علوم پزشکیو مهندسی ژنتیک بدون آن که هدف این تحقیقات تولد صرف انسان شبیه سازی شده باشد، مخالفت چندانی نداشته باشند. با وجود این ، برخی کشورها از جمله واتیکان مخالفت صریح و موکد خود را در این مورد ابراز داشته و با عمل شبیه سازی انسان با هر هدف و مقصودی که باشد، مخالفند.از جمله استدلالهای این گروه برای مخالفت با شبیه سازی این است که ما با این کار به تولید انسانهایی اقدام میکنیم که در نهایت آنها را از میان میبریم و از اینرو ، در جهتی حرکت خواهیم کرد که منجر به نقض قواعد اساسی حقوق بشر و کرامت انسانی خواهد شد. آیا اصولا ما حق داریم که با انسان زنده آزمایشهای علمی بکنیم . بعضیها میگویند که اینکار به بشریت خدمت خواهد کرد ممکن است این گفته درست باشد ولی آیا شما حاضرید خود حاصل چنین تولدی باشید و محکوم به تولد برای آزمایش و ابزار آزمایش دانشمندان باشید
برخی دیگر از مزایای سلولهای بنیادی جنینی- در مقایسه با سلولهای بنیادی بالغ، توانایی تمایز و تولید انواع بیشتری از سلولها را دارند.
- کنترل مراحل رشد و تمایز آنها، سادهتر از سلولهای بنیادی بالغ است.
- به علت فراوانی نسبتاً بیشتر، جداسازی آنها راحتتر از سلولهای بنیادی بالغ است.
- دانش بدست آمده از سلولهای بنیادی جنینی حیوانات، در مطالعات انسانی نیز کاربرد دارد.
- تحقیقات انجام شده بر روی سلولهای بنیادی جنینی، موجب ارتقاء تکنیکهای تکثیر و استفاده از سلولهای بنیادی بالغ میشود.
تحقیقات فعلی و چشماندازهای آیندههماکنون، اغلب محققانی که در اقصی نقاط دنیا سرگرم مطالعة سلولهای بنیادی هستند چند موضوع خاص را در رابطه با این سلولها پیگیری میکنند:
1. درک صحیح از مراحل رشد و تمایز سلولهای بنیادی
2. شناسایی، جداسازی و خالصسازی تیپهای مختلف سلولهای بنیادی
3. جهتدار کردن تمایز سلولهای بنیادی بهمنظور تبدیل آنها به سلولهای مورد نیاز جهت درمان بیماریها
4. ایجاد قابلیت پیوند در این سلولها
5. پیشگیری از پسزدگی پیوند سلولهای بنیادی
6. تکثیر سلولهای بنیادی در مقیاس صنعتی و زیاد
7. تأیید نتایج موفقیتآمیز بررسیهای حیوانی در آزمایشهای انسانی
8. عملکردی یا فانکشنال کردن سلولهای تولیدی
9. افزایش کارایی یا Efficiency سلولهای بنیادی
فصل دوم) جایگاه و وضعیت ایران در زمینة سلولهای بنیادی
خوشبختانه همگام با پیشرفتهای اخیر دنیا در زمینة سلولهای بنیادی، این موضوع در کشور ما نیز مورد توجه قرار گرفته و فعالیتهای خوبی توسط چند مرکز پژوهشی و دانشگاهی در این مورد، انجام گرفته است. برای مثال، علیرغم مشکلات موجود، محققان کشورمان در پژوهشکدة رویان و دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس تحقیقات ارزندهای در این باره انجام دادهاند که دستاوردهای ارزشمندی بههمراه داشته است. در ادامه به معرفی گوشهای از این تلاشها و جایگاه ایران در این عرصه میپردازیم:
الف) پژوهشکدة رویان
پژوهشکده علوم سلولی و ناباروری رویان، یکی از مراکز تحقیقاتی وابسته به جهاد دانشگاهی کشور است که در زمینة بهداشت باروری و ناباروری و علوم تولیدمثل فعالیت میکند. این مرکز در کنار فعالیتهای درمانی و سرویسدهی به زوجهای نابارور، بخش اصلی فعالیتهای خود را در حوزة امور پژوهشی و آموزشی متمرکز کرده و در قالب چندین گروه تخصصی به تحقیق در زمینة علوم باروری و تولیدمثل میپردازد.
محققان این پژوهشکده در کنار موفقیتهایی نظیر تولد اولین مورد نوزاد با استفاده از جنین منجمد در ایران (سال 1375) و تولد اولین نوزاد حاصل از روش ICSI با استفاده از اسپرم منجمد شدة یک فرد بیضهبرداری شده (سال 1378)؛ اخیراً توانستند با کشت و تکثیر نخستین رده از سلولهای بنیادی جنینی انسان (بنیاختههای جنینی) در ایران (سال 1382) به فناوری تولید سلولهای بنیادی جنین انسان دست پیدا کنند. گزارش این پروژه در شهریور ماه 1382 در جلسهای خدمت مقام معظم رهبری نیز ارایه گردید.
سابقه تحقیقات پژوهشکده رویان در زمینه سلولهای بنیادی جنینی
پژوهشکدة رویان در کنار ارایة خدمات درمانی به زوجهای نابارورکه از سال 1370 آغاز شده و همچنان ادامه دارد، بخش عمدهای از فعالیتها و نیروی خود را در امر پژوهش متمرکز نموده است. فعالیتهای پژوهشی این مرکز که از سال 1372 آغاز شده، در قالب پنج گروه تخصصی شامل "جنینشناسی"، "ژنتیک ناباروری"، "ناباروری مردان"، "ناباروری زنان" و "بهداشت و اپیدمیولوژی" انجام میگیرد. البته به تازگی، گروه پژوهشی سلولهای بنیادی نیز از سوی دفتر مرکزی جهاد دانشگاهی مورد تصویب قرار گرفته است.
در گروه جنینشناسی، روی کشت جنین در شرایط آزمایشگاهی و بررسی خصوصیات سلولی و مولکولی آن کار میشود. البته اغلب تحقیقاتی که تاکنون صورت گرفته، مطالعة ویژگیهای سلولی بوده است. محققان این بخش که تقریباً از سالهای 1374 و 1375، کار روی جنین و سلولهای جنینی را آغاز نمودهاند، در سال 1379، پروژهای را تحت عنوان "سلولهای بنیادی" یا Stem Cells در پژوهشکدة رویان مطرح کردند. در سال 1381، یکی از محققان این مرکز، برای ادامه تحقیقات در زمینه تولید و پرورش سلولهای بنیادی جنینی، عازم یکی از دانشگاههای استرالیا شده و طی دورة پژوهشی خود، موفق به تولید چهار رده مختلف از سلولهای بنیادی جنینی موش شدند. این ردههای سلولی بهترتیب Royan C3،Royan C1 ،Royan B2 و Royan B1 نامگذاری شدهاند. کلمه رویان (Royan) یا جنین، معادل فارسی کلمه Embryo است. حرف B نشاندهنده آن است که این سلولها از نژاد موشی Black/6 یا C57BL/6 استخراج شده و حرف C نشاندهنده استخراج سلول از نژاد موشی Balb/c است.
پس از بازگشت محقق یادشده به ایران، آزمایشگاهی تحت عنوان "آزمایشگاه بنیاختهها"، در پژوهشکده راهاندازی شده و تحقیق بر روی سلولهای بنیادی جنین انسان در آنجا شروع شد. خوشبختانه مجموعة این فعالیتها باعث شد تا کشور ما در سال گذشته به توانایی تولید و پرورش سلولهای بنیادی جنینی انسان دست پیدا کند.
برخی از فعالیتهای پژوهشکده رویان در زمینه سلولهای بنیادی جنینی
تحقیقات و فعالیتهای پژوهشکده بر روی این سلولها در چند محور متمرکز است: تولید سلولهای عضلانی قلب، تولید سلولهای عصبی، تولید سلولهای خونساز و تولید سلولهای مولد هورمون انسولین با استفاده از سلولهای بنیادی جنینی در محیط آزمایشگاهی.
براساس اظهارات محققان پژوهشکده، در مورد سلولهای عصبی موفقیتهای بسیار خوبی بهدست آمده است؛ بهطوریکه با تمایز سلولهای بنیادی جنینی، کلافهای بسیار بزرگی از سلولهای عصبی ایجاد میشوند. اما متأسفانه به دلیل کمبود امکانات، هنوز امکان ارزیابی عملکرد و خصوصیات الکتروفیزیولوژیک این سلولهای عصبی فراهم نشده است. البته سلولهای عصبی مذکور با استفاده از تستهای ویژه مثل ایمونوهیستوشیمی (Immunohistochemistry) و آنتیبادی برعلیه پروتئینهای ویژة سلولهای عصبی، شناسایی و مورد تأیید قرار گرفتهاند. بهعنوان نمونه، با استفاده از این تستها پروتئینهای Neuron Specific Enolase وMicrotubule Associated Protein 2 در سلولهای عصبی شناسایی و تأیید شدهاند.
در مورد سلولهای قلبی تمایز داده شده از سلولهای بنیادی جنینی هم علاوه بر مشاهده ضربان در سلولهای حاصل، با استفاده از مطالعات فراساختمانی (Ultra Structure)، ساختار سلولهای عضلانی قلبی از لحاظ وجود ساختار سارکومری (Sarcomere)، تشکیل Z-disk، I-band، A-band و دیسک اینترکاله (Intercalated Disk) مورد ارزیابی و تأیید قرار گرفته است. همچنین همانند سلولهای عصبی با استفاده از آنتیبادیهای ویژه و تستهای ایمونوهیستوشیمی، پروتئینهای خاص سلولهای قلبی مورد شناسایی قرار گرفتهاند. حتی با بهکارگیری داروهای افزایشدهنده یا کاهشدهندة ضربان سلولهای قلبی، تجلی گیرندهها در سطح این سلولها نشان داده شدهاند.
آنتیژنهای سطحی سلولهای بنیادی جنینی پرورش یافته در پژوهشکده نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است. بهعنوان مثال، سلولهای بنیادی جنینی باید فاکتوری بنام اوکت چهار (Oct-4) را بیان کنند که وجود این ترکیب در سلولهای مذکور ارزیابی شد.
یکی از مهمترین خصوصیات سلولهای بنیادی جنینی، قابلیت تبدیل شدن آنها به مشتقات اکتودرم، مزودرم و اندودرم است. بهعنوان مثال، یکی از مارکرهای شاخص در مرحله اندودرمی، تولید آلفافیتوپروتئین (Alpha-feto-protein) است که در سلولهای تکثیر شده، تولید این پروتئین نیز مورد بررسی قرار گرفت.
اخیراً نیز محققان پژوهشکده موفق شدند با تمایز جهتدار سلولهای بنیادی جنینی انسان, سلولهای بخش اندوکرینی پانکراس را تولید کنند (براساس اظهارات محققان پژوهشکده، این موفقیت برای اولین بار در جهان بهدست آمده است). سلولهای بخش اندوکرینی پانکراس انسانی شامل سلولهای مولد انسولین انسانی, سلولهای مولد هورمون گلوکاگون, سوماتواستاتین و پانکراتین پلیپپتیدی است. این تحقیق با روشهای ایمونوهیستوشیمی و رادیوایمونواسی ارزیابی و آزمایش شده که نتایج رضایتبخشی داشته است. این موفقیت یک گام مهم برای درمان بیماران “دیابت نوع یک” در جهان محسوب میشود و این امید را بهوجود آورده است که در آیندهای نهچندان دور، با پیوند سلولهای انسولینساز به انسان، راه درمان قطعی بیماری “دیابت نوع یک” هموار گردد.
ب) دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس
گروه هماتولوژی دانشکدة پزشکی دانشگاه تربیت مدرس نیز از جمله مراکز دانشگاهی کشور است که فعالیتهایی را در زمینة سلولهای بنیادی انجام داده و هماکنون نیز طرحهایی در این راستا انجام میدهد.
تکثیر سلولهای بنیادی بند ناف و تمایز سلولهای بنیادی بالغ به سلولهای قلبی، عصبی و استخوانی، از جمله دستاوردهای محققان این گروه در زمینة سلولهای بنیادی میباشد. در ادامه، هر کدام از موارد فوق با تفصیل بیشتری مورد بررسی قرار میگیرند.
برخی از فعالیتهای دانشگاه تربیت مدرس در زمینه سلولهای بنیادی بالغ
1- تکثیر سلولهای بنیادی بند ناف به منظور درمان افراد سرطانی
یکی از مشکلات پیوند مغز استخوان، عدم سازگاری نسجی (MHC) شخص گیرنده با شخص دهنده است. این موضوع یعنی "ناسازگاری نسجی"، حتی ممکن است باعث مرگ شخص گیرنده شود. از طرفی بهدلیل کمبود تعداد افراد داوطلب برای اهدای مغز استخوان، امکان یافتن نمونههای سازگار با فرد بیمار دشوار است.
از آنجاییکه سلولهای بنیادی بند ناف، در مراحل اولیة تکامل قرار دارند، سازگاری آنها با شخص گیرنده بیشتر است و در زمان انتقال به شخص بیمار، کمتر پسزده (Rejection) میشوند. بنابراین با تبدیل سلولهای بنیادی بند ناف به سلولهای مغز استخوان و پیوند آنها به بیمار میتوان تا حد زیادی با مشکل پسزدگی مقابله نمود؛ ضمن اینکه این سلولهای بنیادی، از خون بند ناف و بلافاصله بعد از تولد نوزاد جداسازی میشوند (بند ناف بعد از تولد از نوزاد جدا شده و دور انداخته میشود) و لذا بعید است که مشکلات اخلاقی خاصی داشته باشند.از دیگر مزایای سلولهای بنیادی بند ناف، میتوان به "فقدان عفونت ویروسی" و "سرعت بهبود" اشاره کرد (پس از پیوند این سلولها به مغز استخوان، مدت زمان خونسازی و بهبود بیماران کمتر است).
تنها مشکل سلولهای بنیادی بند ناف آن است که تعداد آنها بسیار کم است و لذا باید این سلولها پس از استخراج در شرایط آزمایشگاهی تکثیر شوند تا بتوان بهصورت کاربردی از آنها استفاده نمود. هماکنون در دنیا تحقیقات زیادی در خصوص استخراج و تکثیر این سلولها از بند ناف صورت میگیرد. در واقع استخراج و تکثیر سلولهای بنیادی از بند ناف، اولین مرحله جهت تبدیل آنها به بافتهای دیگر و نهایتاً بهرهگیری از آنها برای درمان بیماریها بهشمار میرود.
این موضوع در دانشگاه تربیت مدرس مورد توجه قرار گرفته و بهصورت یک طرح مشترک با همکاری بیمارستان دکتر شریعتی در حال انجام است و موفقیتهای نسبتاً خوبی در زمینه استخراج و تکثیر آنها در آزمایشگاه بهدست آمده است.
2- تبدیل سلولهای بنیادی بالغ به سلولهای قلبی
در دانشگاه تربیت مدرس، سلولهای بنیادی بالغ در محیطهای کشت ویژه به سلولهای قلبی تبدیل شدهاند که دارای ضربان خاص این سلولها بودهاند. برای مستندسازی بهتر، مراحل مختلف تمایز از یک سلول بنیادی به سلول قلبی، توسط میکروسکوپ فاز معکوس فیلمبرداری و به رایانه منتقل شده است. ضمن اینکه محققان این مرکز، جهت تشخیص تمایز و تشکیل سلولهای قلبی، فقط به داشتن ضربان آنها اکتفا نکرده و تستهای تکمیلی را در این خصوص انجام دادهاند. یک سلول قلبی (یا هر سلول دیگری) علاوه بر شکل ظاهری (مورفولوژی) باید دارای یک سری خصوصیات فیزیولوژیک و مولکولی نیز باشد؛ بهطوریکه در مجامع علمی برای اثبات تولید یک سلول قلبی (یا هر سلول دیگری) باید مستندات فیزیولوژی و مولکولی آن نیز در کنار مستندات مورفولوژیک ارایه شود. بر همین مبنا، آزمونهای زیر توسط محققان دانشگاه تربیت مدرس انجام شده است:
الف- در روزهای اولیة تمایز، از سلولها برشهای میکروسکوپی تهیه و توسط میکروسکوپ الکترونی بررسی شد که تشکیل میوفیلامنتها (Myofilaments) مورد تأیید قرار گرفت. علاوه بر این، ژنهای Alpha myosin heavy chain و Beta myosin heavy chain و چند ژن دیگر که مشخصه یک سلول قلبی انسان هستند (ژنهای اختصاصی سلول قلبی انسان) توسط تکنیک RT- PCR مورد بررسی و تأیید قرار گرفت.
ب- محققان دانشگاه تربیت مدرس، کاریوتایپ سلولهای قلبی تولیدشده را تهیه و مورد بررسی قرار دادهاند تا شکستگیهای کروموزومی یا تنوع عددی کروموزومها (پلوئیدی) نیز در صورت بروز مشخص شوند؛ اما چنین تنوعی در کروموزومها مشاهده نشده و تمام سلولهای مورد بررسی از این لحاظ سالم و بدون تغییر بودند.
ج- یکی دیگر از آزمونهای مورد نیاز برای تأیید موفقیت در این تحقیق، تست مولکولهای لانهگزینی است. این مولکولها باعث میشوند سلولهای قلبی تولیدشده، وقتی به بدن تزریق شدند در محل اصلی خود استقرار یابند و در بدن سرگردان نشوند. لذا در این تحقیق نیز وجود مولکولهای لانهگزینی توسط فلوسایتومتری مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج اعلام شده توسط این گروه، حدود 45 درصد از سلولها دارای مولکولهای لانهگزینی بودند؛ یعنی در صورت تزریق در محل مورد نظر، استقرار خواهند یافت. نکته مهم این است که بقیه سلولها (55 درصد) چون از سلولهای بالغ همان فرد استخراج شدهاند، سیستم دفاعی بدن را نیز تحریک نمینمایند و از این حیث برای شخص موردنظر مشکلی فراهم نمیکنند و معمولاً توسط اندامهای تصفیهکننده بدن مانند طحال دفع میشوند.
3- تبدیل سلولهای بالغ به سلولهای عصبی
تولید سلولهای عصبی با استفاده از سلولهای بنیادی بالغ نیز در دانشگاه تربیت مدرس در حال انجام است. در این خصوص مراحل تبدیل و تمایز سلولها با موفقیت انجام شده، به ویژه مرحله تمایز نهایی که منجر به تغییر شکل سلولهای بنیادی به صورت یک سلول عصبی میشود (تغییر مورفولوژی) به 4 تا 5 ساعت تقلیل داده شده که تمام این مراحل در آزمایشگاه بیوتکنولوژی انستیتو پاستور ایران فیلمبرداری گردیده است. البته در این مورد نیز تنها به مورفولوژی اکتفا نشده و تستهای مولکولی خاص سلولهای عصبی انجام شده است که تشکیل سلولهای عصبی از سلولهای بنیادی بالغ را تأیید مینماید. یکی از تستها، آزمون وجود پروتئین Neuron Specific Enolase میباشد که توسط رنگآمیزی مورد مطالعه قرار گرفته است.
علاوه بر این، بر اساس اظهارات محققان طرح، در نظر است که سلولهای عصبی تولیدشده، مورد آزمون الکتروفیزیولوژیک قرار گیرند تا نحوه تحریک آنها در مقابل جریان الکتریسیته (پالس الکتریکی) مشخص شود. در این خصوص با دانشگاه شهید بهشتی هماهنگی صورت گرفته که با توجه به وجود امکانات مقتضی در آن دانشگاه، آزمون مذکور در آنجا صورت گیرد.
4- تولید سلول استخوانی با استفاده از سلولهای بنیادی بالغ
با توجه به اهمیت تبدیل و تمایز سلولهای بنیادی بالغ به سلولهای استخوانی و کاربرد آن در ترمیم بافتهای استخوانی آسیبدیده، این مورد نیز در دانشگاه تربیت مدرس مورد توجه قرار گرفته است. تاکنون مراحل اولیه تمایز با موفقیت انجام شده است و برای تشخیص کلسیته شدن در این سلولها، از تست اختصاصی آن یعنی آلیزانید و برای تعیین و تأیید تمایز، از آزمون آلکالانفسفاتاز استفاده شده است، که هر دوی این آزمونها روند تمایز را مورد تأیید قرار دادهاند. علاوه بر اینها نمونههای میکروسکوپی سلولها توسط میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار خواهند گرفت.برنامههای آتی پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس
از جمله اهداف آینده محققان این دانشگاه میتوان به تولید سلولهای غضروفی و پوستی با استفاده از سلولهای بنیادی بالغ اشاره کرد. البته بر اساس اظهارات این گروه، مراحل اولیه تولید سلولهای غضروفی در ماههای اخیر شروع شده است. شایان ذکر است که در صورت موفقیت، از این تکنیک میتوان برای ترمیم غضروفها و مفاصل آسیبدیده استفاده نمود. مورد دوم یعنی تولید سلولهای پوستی نیز جزو اهداف آینده گروه محسوب میشود که در صورت تحقق شرایط و جذب امکانات انجام خواهد شد.
برخی مشکلات موجود در عرصه تحقیقات سلولهای بنیادی1- عدم تصویب بهموقع طرحها
متأسفانه در کشور ما تصویب طرحهای تحقیقاتی و تخصیص بودجههای آن به کندی صورت میگیرد، بنابر این دور از انتظار نیست که طرحهای تعریف شده در حوزة سلولهای بنیادی نیز گرفتار چنین مشکلی باشند. برای مثال، بر اساس اظهارات یکی از محققان دانشگاه تربیت مدرس، اغلب تحقیقاتی که تاکنون در این دانشگاه بر روی سلولهای بنیادی صورت گرفته، با هزینههای شخصی، کمکهای برخی از مسئولان دانشگاه و کمک برخی از مراکز همچون بیمارستان شهید بهشتی و انستیتو پاستور ایران به ثمر نشستهاند. بهعبارت دیگر، اغلب تحقیقات مذکور، خارج از حیطه طرحهای تحقیقاتی مصوب و بهصورت خودجوش انجام شدهاند.
2- نیاز به بودجههای بالا و امکانات پیشرفته
تحقیق در زمینة سلولهای بنیادی همانند سایر عرصههای علمی جدید، نیازمند حمایتهای مالی و برخورداری از یکسری امکانات و ابزار اولیه است. بدیهی است در صورت عدم دسترسی به چنین ملزوماتی، انتظار ادامة تحقیقات و مطرح بودن در این عرصه، امری نامعقول بهنظر میرسد.
از جمله مواد مورد نیاز برای کشت و تکثیر سلولهای بنیادی، فاکتور رشد (Growth Factor) است که قیمت 5 میلیگرم آن حدود 650 هزار تومان بوده و این مقدار تنها برای 15 تا 20 آزمایش کافی است؛ همین موضوع برای فاکتور دیگری بنام بتاتیجیاف (ßTGF) نیز صادق است که در کشت سلولهای غضروفی کاربرد دارد. بنابراین، تهیة مواد مذکور بویژه در شرایط فعلی که محققان کشورمان بهعلت محدودیتها و تحریمهای وضعشده از سوی کشورهای غربی در تنگنای علمی قرار دارند، نه تنها به حمایتهای معنوی بلکه به تسهیلات و بودجههای مالی سازمانها و ارگانهای مربوط هم نیاز دارد. از لحاظ امکانات نیز وجود ابزارهایی چون میکروفیوژ، سانتریفوژ یخچالدار، میکروسکوپهای قوی و با کنتراست بالا و غیره از ملزومات اولیة یک آزمایشگاه بیوتکنولوژی هستند که تهیه آنها نیز به سختی میسر میشود. بنابراین، با عنایت به کاربردهای بالقوه و بالفعل سلولهای بنیادی در عرصه پزشکی و توجه اخیر مسؤولان به این موضوع، انتظار میرود حمایتهای عملی بیشتری در این زمینه صورت پذیرد.
نتیجهگیری و پیشنهاد
با توجه به مسایل مطرح شده، به نظر میرسد پیشرفت در زمینة فناوری تولید، تکثیر و بهرهگیری از سلولهای بنیادی و ارتقاء جایگاه کنونی کشورمان در این عرصه، علاوه بر عزم ملی و تلاش مستمر محققان، نیازمند توجه به عوامل متعددی است که در ادامه به برخی از آنها اشاره میشود:
1- بیشک توسعة پایدار و مداوم در هر زمینه، نیازمند برنامهریزی و آیندهنگری هدفمند و دقیق است. بهعبارت دیگر، تحقیقات در یک زمینة علمی، زمانی مثمر ثمر خواهند بود که اولاً با نیازها و امکانات موجود مطابقت داشته ثانیاً مراحل تحقیق بهطور صحیح و در راستای نیل به هدف تعریف شده باشند.
2- بر اساس واقعیتهای موجود، آنچه که در شرایط فعلی باید درباره سلولهای بنیادی به آن توجه شود، آن است که محدودیتها و خصوصیات ذکرشده در این مطلب، به معنی برتری داشتن یک دسته از سلولها بر دیگری نیست؛ واقعیت آن است که هرکدام از سلولهای بنیادی بالغ و جنینی، مزایا، معایب و بحثهای حقوقی خاص و انکارناپذیر خود را داشته و لذا نباید به بهانة پرداختن به یکی از اینها به دیگر جنبهها توجه ننمود. بنابراین بهتر است تحقیقات برای کاربرد و بهرهگیری از هر دو دسته سلول همزمان و به موازات یکدیگر صورت گیرد.
3- مسألة دیگر، توجه به این نکته است که یکی از لوازم اصلی موفقیت در این عرصة مهم، نگرش ملی و فراگروهی کار بر روی سلولهای بنیادی است. بدین معنی که نباید انتظار داشت یک فرد و یا یک مرکز بهتنهایی بتواند در این مقوله بهطور کامل موفق شود. لذا لازم است از تمامی پتانسیلهای علمی و عملی محققان و مراکز علمی- پژوهشی کشور به نحو صحیح استفاده شود. پیشنهادی که برای نیل به این هدف میتوان ارایه داد، ایجاد شبکهای تخصصی و ملی، متشکل از تمام مراکز تحقیقاتی، دانشگاهی و محققان فعال در زمینة سلولهای بنیادی است. چنین مجموعهای میتواند با حمایت و نظارت نهادهای مسؤول، ضمن سیاستگذاری تحقیقات کشور در زمینة سلولهای بنیادی، با تقسیم کار و هدایت پژوهشها در مراکز مختلف، علاوه بر ایجاد ارتباط و هماهنگی بین پژوهشگران، امکان استفاده صحیح از امکانات محدود کشور و جلوگیری از موازیکاری را به نحو مطلوب فراهم کند. بدیهی است طراحی و اجرای چنین سیستمی نهتنها احتمال بروز رقابتهای ناسالم و مخرّب را از بین میبرد بلکه باعث تقویت همکاری و روحیة کار گروهی در عرصة علمی کشور میشود.
4- از نظر تبلیغات و معرفی دستاوردهای محققان عزیز کشور نیز بایستی تاحد امکان عدالت را رعایت نمود؛ یعنی باید سعی شود همة دستاوردهای مختلف که در این زمینه وجود دارد، بهطور یکسان در سطح رسانهها، بهخصوص رسانههای دولتی منعکس شوند تا روحیة ناامیدی در کسی ایجاد نگردد.
در پایان امید است بتوان از این فناوری علاوه بر تولید علم و چاپ مقالات پژوهشی معتبر، در جهت رفع نیازهای جامعه پزشکی، بهویژه بیماران و جانبازان دردمند استفاده کرد.
به امید موفقیتهای روزافزون جامعة علمی کشور و سربلندی ایران اسلامی
منــابع مورد استفاده:
1- آهنگرزادهرضایی، محمد، تفاوت سلولهای بنیادی بالغ و جنینی و کاربرد آنها، اردیبهشت 1383، سایت شبکة تحلیلگران تکنولوژی ایران، www.itanetwork.org.
2. آهنگرزادهرضایی، محمد، گزارشی از فعالیتهای پژوهشکده رویان در زمینة سلولهای بنیادی (از زبان آقای بهاروند)، اردیبهشت 1383، سایت شبکة تحلیلگران تکنولوژی ایران، www.itanetwork.org.
3. آهنگرزادهرضایی، محمد، آشنایی با پژوهشکدة رویان، اردیبهشت 1383، سایت شبکة تحلیلگران تکنولوژی ایران، www.itanetwork.org.
4. عبدی، حمیدرضا، خصوصیات و محدودیتهای سلولهای بنیادی (از زبان دکتر سلیمانی)، فروردین 1383، سایت شبکة تحلیلگران تکنولوژی ایران، www.itanetwork.org.
5. عبدی، حمیدرضا، گزارشی از دستاوردهای دانشگاه تربیت مدرس در زمینه سلولهای بنیادی، فروردین 1383، سایت شبکة تحلیلگران تکنولوژی ایران، www.itanetwork.org.
6. عبدی، حمیدرضا، کاربردهای سلولهای بنیادی در پزشکی (دیدگاه دکتر سلیمانی)، فروردین 1383، سایت شبکة تحلیلگران تکنولوژی ایران، www.itanetwork.org.
7. Stem cells information, National Institute of Health (NIH), Department of Health and Human Services, April 2004, http://stemcells.nih.gov.
8. Chapman, A.R., Frankel M.S. and Garfinkel M.S., Stem Cell Research and Applications, Monitoring the Frontiers of Biomedical Research, American Association for the Advancement of Science and Institute for Civil Society, 1999.
9. Xiaoxia1G. and Fuchu1 H., Properties and applications of embryonic stem cells, Chinese Science Bulletin, 45(14): 1258-1265, 2000.
10. Stem Cell Therapy, Medical Research Council, April 2004, http://www.mrc.ac.uk
فناوری سلولهای بنیادی
دسترسی انسان به فناوری تکثیر سلولهای بنیادی
(بنیاختهها) و بهکارگیری آنها برای تولید سلولهای دیگر، از جمله مباحث نوین در
علوم زیستی است. انتظار میرود این فناوری، در سالهای آتی انقلاب بزرگی را در عرصه
علوم گوناگون بهویژه پزشکی پدید آورده و در درمان برخی از بیماریهای صعبالعلاج
انسان مفید واقع شوددر متن زیر، علاوه بر تعریف و بیان برخی از کاربردهای عملی،
قریبالوقوع و قابلانتظار سلولهای بنیادی و معرفی دو مرکز فعال کشور در این
زمینه، به گوشهای از فعالیتها و دستاوردهای محققان کشور در دستیابی به فناوری
تکثیر و تمایز سلولهای بنیادی اشاره شده است
فصل اول) معرفی فناوری سلولهای بنیادی و کاربردهای آن
تعریف سلولهای بنیادی و تقسیمبندی آنهاسلولهای بنیادی به آن دسته از سلولهای بدن اطلاق میشوند که هنوز تمایز نیافته و برای کار ویژهای تجهیز نشدهاند. این سلولها دارای خاصیت خودتکثیری بوده و قابلیت تمایز و تبدیل شدن به انواع دیگر سلولهای بدن را دارند. این مشخصه سلولهای بنیادی، نظر متخصصین مختلف را به خود معطوف داشته است، بهطوریکه تحقیقات گستردهای در این خصوص صورت میگیرد. امروزه سلولهای بنیادی، امید اول ترمیم بافتهای آسیبدیده و شاید در آینده ساخت اندامهای انسانی به شمار میروند. بهطور کلی سلولهای بنیادی دارای دو خصوصیت عمده هستند: 1) قدرت تکثیر نامحدود، 2) خصوصیت پُرتوانی یا اصطلاحاً Pluripotency؛ بهعبارت دیگر، این سلولها قادر هستند تا در محیط آزمایشگاهی انواع مختلفی از سلولها را بهوجود بیاورند.سلولهای بنیادی را با توجه به منشأ آنها به دو دسته تقسیم میکنند: سلولهای بنیادی جنینی (Embryonic Stem Cells) که در مراحل اولیه تشکیل جنین، از آن گرفته میشود و سلولهای بنیادی بالغ یا مزانشیمی (Adult Stem Cells) که پس از تولد فرد و بهویژه از مغز استخوان آن گرفته میشود.6- قدرت پُرتوانی
ویژگی دیگر سلولهای بنیادی جنینی در مقایسه با سلولهای
بنیادی بالغ این است که دارای قدرت پُرتوانی (Pluripotency) بسیار بیشتری هستند.
بهعبارت دیگر، در محیط آزمایشگاهی، قدرت تمایز این سلولها به انواع دیگر سلولها،
بیش از سلولهای بنیادی بالغ است.
کاربردهای متنوع نانوذرات