نانو بیوتکنولوژی

نانو بیوتکنولوژی

نانوتکنولوژی، چنان که از اسم آن برمی آید ، با اجسامی به ابعاد نانو سر وکار دارد . نانو تکنولوژی در سه سطح قابل بررسی است : مواد ، ابزارها و سیستم ها . در حال حاضر در سطح مواد ، پیشرفت های بیشتری نسبت به دو سطح دیگر حاصل شده است . موادی را که در نانو تکنولوژی به کار می روند نانوذره نیز می نامند . در دهه ی گذشته ، بیش تر پژوهش ها در مورد نانوذره ها روی خواص آن ها متمرکز بوده است . خواص فیزیکی وشیمیایی نانوذره ها به اندازه ی آن ها وابسته است و این موضوع برای دانشمندان جالب می بمود . اما در حال حاضر ، پژوهش های گسترده ای روی کاربرد این در حال انجام است .برای آن که تصویری ار ریزی نانوذره ها داشته باشیم ، بهتر است آن را با ابعاد سلول مقایسه نماییم . اندازه ی متوسط سلول یوکاریوتی 10 میکرومتر است . بدیهی است ، اندامک های سلول از این نیز ریزترند . از اندامک ها ریزتر ماکرومولکول ها هستند . اندازه ی متوسط یک پروتئین 5 نانومتر است که با ریزترین جسم ساخت دست بشر قابل مقایسه است .بنابراین می توان با به کار گیری نانوذره ها نوعی مامور مخفی به درون سلول فرستاد و به کمک آن ، از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری نمود . این ذرات آن قدر ریزند که تداخل عمده ای در کار سلول به وجود نمی آورند. پیشرفت در زمینه ی نانوبیوتکنولوژی نیازمند درک وقایع زیستی در سطح نانو است . از میان خواص فیزیکی وابسته به اندازه ی ذرات نانو ، خواص نوری ( اپتیکال ) و مغناطیسی این ذرات ، بیش ترین کاربرد های زیستی را دارند . استفاده از نانو تکنولوژی در علوم زیستی به تولد و گرایش جدیدی از این فناوری منجر شده است:

کاربرد های نانو بیوتکنولوژی:

کاربرد های نانوذره ها در زیست شناسی و پزشکی عبارتند از:
- نشانگرهای زیستی فلورسنت
- ترابری دارو و ژن
- تشخیص زیستی پاتوژن ها
- جست وجو در ساختار DNA
- مهندسی بافت
- تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن (هیپرترمیا)
- جداسازی و خالص سازی مولکول های زیستی و سلول ها
- بهبود تباین (کنتراست)MRI
- مطالعات فاگوکینتیک

نشان گر های زیستی :

از آن جا که اندازه ی نانوذرات ، در محدوده ی اندازه ی پروتیین ها ست ، می توان از آن ها برای نشان دار کردن نمونه های زیستی استفاده کرد. برای این کار ، باید نانوذره بتواند به نمونه ی زیست هدف متصل شود و نیز راهی برای دنبال کردن و شناسایی نانوذره وجود داشته باشد.به منظور ایجاد میان کنش بین نانوذره و نمونه ی زیستی ، نانوذره را با پوششی بیولوژیکی یا مولکولی ، یا لایه ای که به عنوان میانجی زیستی غیر آلی عمل کند ، می پوشانند . آنتی بادی ها ، بیوپلی مرها مثل کلاژن ، یا تک لایه ای از مولکول های کوچک که نانوذره ها را از نظر زیستی سازگار می کند ، از جمله پوشش های بیولوژیکی نانوذره ها هستند. علاوه بر این ، از آن جا که از فناوری های نوری در پژوهش های زیستی به طور گسترده ای استفاده می شود ، می توان نانوذره ها را فلورسنت دار کرد یا خواص نوری آن ها را تغییر داد. نشان گر زیستی نانو ، نمونه ای از یک ( نانوزیست ماده ) است .نانوذره ها معمولآ در مرکز یک نانوریست ماده قرار می گیرند و بقیه ی اجزا روی آن ها قرار داده می شوند . هم چنین می توان از آن ها در شکل نانو – وزیکول استفاده کرد، یعنی نانو ریست ماده ای است که توسط غشا محصور شده است . غالبآ شکل این ساختار کروی است ، اما شکل های استوانه ای ، شبه صفحه و دیگر شکل ها امکان پذیرند. در بعضی موارد ، اندازه مهم است مثل هنگامی که نفوذ از درون ساختار منفذی از غشای سلولی مورد نیاز باشد. هنگامی که از اثرات اندازه ی کوانتومی برای کنترل خواص مواد استفاده می شود ، اندازه ی نانوزیست ماده در اوج اهمیت خواهد بود.کنترل دقیق بر اندازه ی متوسط ذرات ، امکان ایجاد کاوشگر های فلورسنت را که باریکه های نوری را در طیف وسیعی از طول موج گسیل می دارند ، فراهم می آورد . این امکان ، به تهیه ی نشان گرهای زیستی با رنگ های فراوان و قابل تشخیص کمک شایانی می کند. ذره ی مرکزی معمولآ توسط چندین تک لایه از موادی که تمایل به واکنش ندارند، مثل سیلیکا ، محافظت می شود . غالباً برای اتّصال اجزای کارامد به ذره ی مرکزی ، به لایه ای از لینکر نیاز است . این لینکرهای خطی ، در دو انتهای خود ، گروه های فعال دارند : یک گروه برای اتّصال به اجزای زیستی ، مثل آنتی بادی ها
آیا بیونانوتکنولوژی با نانوبیوتکنولوژی متفاوت است؟
با پیشرفت علم و تکنولوژی در جهان، مرتباّ بر تعداد واژه‌های تخصصی افزوده می‌شود. در این میان، گسترش علوم و تکنولوژی نانو و تعامل آن با بیوتکنولوژی، منجر به تولید و کاربرد واژه‌هایی چون بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی در گفته‌ها و نوشته‌های محققان مختلف در سطح جهان شده است. آشنایی محققان و سیاستگذاران علمی کشور با این واژه‌ها، می‌تواند آنها را در مطالعات و تصمیم‌گیری‌ها یاری کند. در این مطلب، سعی شده است با استفاده از منابع اینترنتی، مقالات و کتب موجود و همچنین استفاده از نظرات برخی متخصصین امر، تعاریف ساده‌ای از دو واژة بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی ارایه شود.

مفهوم و زمینة کاربرد بیونانوتکنولوژی

تلفیق بیوتکنولوژی با فناوری نوظهور نانوتکنولوژی، مباحث جدیدی را بین محققان، هم در سطح دانشگاهی و هم در حوزه صنعت به ‌وجود آورده است. نتیجة این تلفیق، ظهور " بیونانوتکنولوژی " به‌عنوان یک زمینة تحقیقاتی بین‌رشته‌ای است که به ‌سرعت در حال رشد و توسعه است و با مقوله علم و مهندسی در سطح مولکول ارتباط دارد.
برخی از صاحب ‌نظران، بیونانوتکنولوژی را به‌عنوان زیرمجموعه‌ای از نانوتکنولوژی، به این صورت تعریف کرده‌اند: " مطالعه و ایجاد ارتباط بین بیولوژی مولکولی ساختاری و نانوتکنولوژی مولکولی ". برخی دیگر، آن ‌را به‌عنوان زیر مجموعه‌ای از بیوتکنولوژی بدین شکل تعریف کرده‌اند: " به‌کارگیری پتانسیل بالقوة بیولوژی در ساخت و سازماندهی ساختارهای پیچیده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم ". در این زمینه، تنها تفاوتی که بین بیونانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی وجود دارد این است که طراحی و ساخت در مقیاس نانو جزء لاینفک پروژه‌های بیونانوتکنولوژی است در حالی‌که در پروژه‌های بیوتکنولوژی، نیازی به فهم و طراحی در حد نانو نیست.
چنان‌که ملاحظه می‌گردد، برخلاف تعریف " بیوتکنولوژی" که به معنی فناوری استفاده از موجودات زنده و اجزای موجودات زنده در راستای نیازهای صنایع مختلف است و همچنین برخلاف تعاریف واژه‌هایی چون "بیومتریال" و "بیومکانیک" که معمولا به‌معنی استفاده از قابلیت‌های فناوری‌های "مواد" و یا "مکانیک" در کاربردهای زیستی است، در تعریف بیونانوتکنولوژی، هم کاربرد ابزارهای بیولوژیکی به‌عنوان سازمان‌دهنده و ماده اولیه جهت ساخت محصولات و مواد نانویی، مورد توجه است و هم کاربرد محصولات تولیدی تکنولوژی نانو، جهت مطالعة وقایع درون سلول‌های زنده و تشخیص و معالجة بیماری‌ها. آنچه مسلم است ظهور این زمینة تحقیقاتی، حاصل تغییر عقیدة بسیاری از محققان در استفاده از راهکارهای پایین به بالا ( Bottom-Up approach ) به جای استفاده از راهکار بالا به پایین ( Top-Down approach ) جهت ساخت وسایل و مواد بسیار ریز است. در راهکارهای بالا به پایین نانوتکنولوژی، سعی بر این است که وسایل موجود مرتبا کوچکتر شوند؛ به این راهکار، نانوتکنولوژی مکانیکی نیز گفته می‌شود. اما در راهکار پایین به بالا، هدف ایجاد ساختارهای ریز از طریق اتصال اتم‌ها و مولکول‌ها به‌یکدیگر است؛ در این راهکار از الگوهای بیولوژیکی بهره ‌گیری می‌شود.

محصولات و زمینه‌های فعالیت بیونانوتکنولوژی
برخی از محصولات و زمینه‌های فعالیت بیونانوتکنولوژی عبارتند از:

1- بیونانوماشین‌ها

مهمترین زمینة کاربرد بیونانوتکنولوژی، ساخت بیونانوماشین‌ها (ماشین‌های مولکولی با ابعادی در حد نانومتر) است. در یک باکتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم‌ (دستگاه بسته ‌بندی پروتئین) است که محصولات نانومتری (پروتئین‌ها) را تولید می‌کند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین‌ها (به‌عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی‌بادی‌ها)، امکان هیبریدکردن آنها با وسایل سیلیکونی با استفاده از فرآیند میکرولیتوگرافی است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای ماکروی کامپیوتر، امکان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می‌توان به‌وجود آورد. نمونه کاربردی این سیستم، ساخت شبکیة مصنوعی با استفاده از پروتئین باکتریورودوپسین است.

2- مواد زیستی ( Biomaterial )

کاربرد دیگر بیونانوتکنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحکم و زیست ‌تخریب‌پذیر است. از جملة این مواد می‌توان به DNA و پروتئین‌ها اشاره نمود. موارد کاربرد این مواد، به‌خصوص در زمینة پزشکی متعدد است. از ‌جمله موارد کاربرد این مواد، استفاده از آنها به‌عنوان بلوک‌های سازنده نانومدارها و در نهایت ساخت وسایل نانویی ( Nano-Device ) است. همچنین به‌ دلیل خصوصیات مناسب این مواد از آنها در ترمیم ضایعات پوستی استفاده می‌شود.

3- موتورهای بیومولکولی

موتورهای بیومولکولی، موتورهای محرکه سلول هستند که معمولا از دو یا چند پروتئین تشکیل شده‌اند و انرژی شیمیایی (عموماً به شکل ATP ) را به حرکت (مکانیکی) تبدیل می‌کنند. از جمله این موتورها، می‌توان به پروتئین میوزین (باعث حرکت فیلامنت‌ها می‌شود)، پروتئین‌های درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA (به‌عنوان مثال، آنزیم‌های برشی) و ATPase اشاره کرد. از این موتورها در ساخت نانوروبات‌ها و شبکة هادی‌ها و ترانزیستورهای مولکولی (قابل استفاده در مدارهای الکترونیکی) استفاده می‌شود. از جمله زمینه‌های دیگری که از بیونانوتکنولوژی استفاده می‌شود، می‌توان به تکنولوژی دستکاری تک مولکول ( Single Molecule )، تکنولوژی Biochip و Drug Delivery ( ساخت نانوکپسول و نانوحفره)، تکنولوژی Microfluidics (به‌عنوان مثال، ساخت lab on a chip )، BioNEMS (ساخت پمپ‌ها، حسگرها و اهرم‌های نانویی)، Nucleic Acid Bioengineering (ساخت نانوسیم DNA و یا کاربرد در همسانه‌ سازی و ترانسفرمیشن)، Nanobioprocessing (خودساماندهی، دستکاری سلولی و تولید فرآورده‌های زیستی)، حسگرهای زیستی (ارزیابی ایمنی غذا و محیط ‌زیست) و Bioselective surface (مورد استفاده در تکنولوژی‌های جداسازی زیستی)، اشاره نمود.
نانوبیوتکنولوژی و رابطة آن با بیونانوتکنولوژی
اما نانوبیوتکنولوژی نیز واژه دیگری است که در سال‌های اخیر، محققان و صاحب‌نظران در کتب، مقالات و کنفرانس‌ها به‌ کار می‌برند. طبق تعریف برخی از این محققان، نانوبیوتکنولوژی، زیرمجموعه‌ای از نانوتکنولوژی است که در آن از ابزارها و فرآیندهای نانویی و میکرونی برای ساخت و تهیه محصولاتی استفاده می‌شود که در مطالعه سیستم‌های زنده استفاده می‌شوند . برخی دیگر از محققان، نانوبیوتکنولوژی را زمینه‌ای از نانوتکنولوژی می‌دانند که در آن از سیستم‌های بیولوژیکی موجود، همچون سلول، اجزای سلولی، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها برای ایجاد ساختارهای نانویی تلفیقی (مرکب از مواد آلی و معدنی) استفاده می‌شود.اگر به مفهوم و هدف دو زیرشاخة نانوتکنولوژی یعنی بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی نگاه شود، می‌توان فهمید که اهداف هر دو شاخه (یعنی تولید محصولاتی که جهت مطالعة سیستم‌های زنده به ‌کار می‌روند) و همچنین فرآیندها و مقیاس فعالیت هر دو شاخه (یعنی مقیاس‌های در سطح نانو)، تقریبا یکسان است. بنابراین می‌توان این دو شاخه را به ‌صورت کلی با نام نانوبیوتکنولوژی نامید. منتهی زمانی که به‌طور صرف، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در ابعاد نانو استفاده می‌شود، بهتر است پیشوند "بیو" مقدم بر پیشوند "نانو" بیاید. در این حالت، کاربرد واژه بیونانوتکنولوژی تخصصی‌تر از واژه نانوبیوتکنولوژی خواهد بود. می‌توان بیونانوتکنولوژی را شکلی خاص از نانوبیوتکنولوژی دانست که مبنای آن، استفاده از موادزیستی (برای مثال پروتئین‌ها یا DNA ) جهت ساخت وسایل نانویی است؛ اما در هنگام استعمال واژة نانوبیوتکنولوژی، استفاده از ابزارهای نانویی در کاربردهای بیولوژیک نیز مورد نظر خواهد بود. بار دیگر تأکید می‌شود که کاربرد هر کدام از این دو واژه، تا حد زیادی سلیقه‌ای است و به زمینة تخصصی محققان مختلف، بستگی دارد

نتیجه‌گیری و چشم‌انداز

از مجموع مباحث فوق نتیجه گرفته شد که " بیونانوتکنولوژی " یک حوزة نوین ناشی از تلفیق علوم زیستی و مهندسی در حوزة نانو است که افق‌های جدیدی را در زمینة ساخت و توسعة سیستم‌های تلفیقی به‌وجود آورده و محققان را امیدوار کرده‌است که بتوانند از این تلفیق، در ساخت نانوساختارهایی استفاده کنند که در آنها از مولکول‌های بیولوژیکی به‌عنوان اجزای سیستم مورد نظر استفاده شود؛ به‌عنوان مثال، از استراتژی‌ طراحی بیولوژیک (مثلاٌ، حالت زیپ ‌مانند مولکول دورشته‌ای DNA ) بتوانند در ساخت چارچوب‌های جداشدنی و الگویی برای چینش ( Assembly ) پایین به بالای (فرآیندی که طی آن، سازماندهی مولکولی، بدون دخالت نیروی خارجی صورت می‌گیرد) مواد معمول‌تر، استفاده کنند. این توانمندی نه ‌تنها در حل مسائل مهمی در علوم زیستی چون کاوش و شناسایی دقیق ساختار موجودات زنده کاربرد خواهد داشت، بلکه می‌تواند محققان را در رفع چالش‌های عمده مهندسی همچون نیاز به تکنیک‌های نوین جهت سنتز مواد و دستکاری آنها یاری دهد و به این ترتیب دنیای نانو را به دنیای ماکرو وصل کند. به‌عبارت دیگر این شاخة مهم علمی (یعنی بیونانوتکنولوژی)، به زودی قابلیت کاربرد در حوزه‌های مختلف غیرزیستی و حوزه‌های کاربردی ماکرو را خواهد داشت؛ کاربردهایی که هرچند در حوزه زیستی نیستند ولی الهام گرفته از فرآیندهای زیستی ( Bio-inspired ) هستند.
بیوتکنولوژی، بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی: مرزها و هم پوشانی ها، تشابهات و تمایزات
بیو تکنولوژی در اوائل قرن بیستم وارد عرصه جهانی شد لیکن مهندسی بیوفرایند بعد از جنگ جهانی دوم و با تولید صنعتی پنی سیلین به روش تخمیر وارد معادلات علمی تجاری و اقتصادی جهان گردید. بیو تکنولوژی یک مفهوم کلی و یک موضوع بین رشته ای می باشد که دامنه و سیعی از علم (مهندسی، پزشکی، کشاورزی، صنایع غذایی ...) را شامل می شود. شاید یکی از تعاریف ساده و نزدیک به ذهن در بیوتکنولوژی انواع دسته بند یهای محصولات حاصل از تخمیر باشد که به چهار دسته مهم تقسیم می شود:
• مولکولهای کوچک ( (Small Molecules
• ماکرو مولکولها (مانند آنزیمها و پروتئین ها)
• مواد ساده سلولی (مانند مخمر نان)
• محصولات کمپلکس (مانند غذاهای تخمیری و محصولات کشاورزی)
ماکرومولکولها که از مهمترین این محصولات می باشند بخش بسیار وسیعی از فرایندهای بالا دستی و پایین دستی بیو تکنولوژی را به خود اختصاص داده و بیو تکنولوژی نیز بیشترین پیشرفت و توسعه را به این دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهمیت و گستره این محصولات لقب نسل اول مواد و یا محصولات بیو تکنولوژیکی ( First Generation ) را می توان به آنها اطلاق نمود. اما در سالهای اخیر علاقه مندی بشر به نسل دیگری از محصولات بیو تکنولوژیکی روز بروز افزون شده و تا جایی که تکنیکهای بالا دستی و پایین دستی را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نیاز فراوانی برای تولید، بازیافت و خالص سازی نانو بیو مواد (محصولات) نظیر پلاسمید DNA و ویروس ها برای ژن درمانی، اسمبلی ماکرومولکولها (مانند پروتئین نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ویروس مانند (Virus-like particle) برای استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققین خود را مواجه با مشکلات و معضلات جدیدی در این خصوص می بینند. نانو بیو مواد بواسطه اندازه ویژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شیمی سطح پیچیده و ارگانیزمهای درونی شان تکنیکهای بلا دستی و پایین دستی گسترش یافته برای نسل اول مواد بیولوژیکی را به مخاطره انداخته و روش های جدیدی را برای تولید و بازیافت طلب می نمایند. به همین منظوربا یک دسته بندی منطقی میتوان این دست از محصولات بیو تکنولوژیکی را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات نامیده و راه کارهای جدید را در مواجهه با آنها جستجو نمود. نانوتکنولوژی مجموعه‌ی است از فناوری‌هایی که بصورت انفرادی یا با هم جهت در به کارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرا رمی‌گیرند. بعضی از این فناوری‌ها هم‌اکنون در دسترس‌اند و بعضی نیز در حال توسعه و پیشرفت می‌باشند که ممکن است در طی سالها و یا دهه‌های بعد مورد استفاده واقع شوند. بیوتکنولوژی جزء فناوری‌های در حال توسعه می‌باشد که با به کارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت. یک تعریف کلاسیک از تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی بصورت زیر بیان می گردد:
" بیوتکنولوژی به نانوتکنولوژی مدل ارئه می دهد در حالی که نانوتکنولوژی با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آنرا برای رسیدن به اهدافش یاری می رساند."
پر واضح است که تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی ویا به تعبیری نانوبیوتکنولوژی بسیار فراتر از این می باشد. شاید بتوان گفت نانوبیوتکنولوژی استفاده از قابلیت های نانو در کاربردهای زیستی است و این شاخه از فناوری به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و یا با استفاده از روش های جدید خو آرایی و مکان آرایی در موج اول نانوبیوتکنولوژی نانو بیو مواد را ساخته و با تکنیکهای پیشرفته به خالص سازی و بازیافت آنها بپردازیم. بی گمان زمینه ها و فازهای بعدی این فناوری جدید به تولید وسایل نانو بیو ( موج دوم ) و در نهایت به ارائه ماشین های هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهای فراوانی در حوزه های مهم بیوتکنولوژی مانند پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی خواهند داشت. سوالی که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بیوتکنولوژی ونانو بیوتکنولوژی را متوجه آن کرده است این است که مرز بیوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی در کجاست ؟ اگرچه این دوفناوری هم پوشانیهای زیادی دارند و به تعبیری دارای مرزهای نامشخص ( ( Fuzzy می باشند اما شاید دسته بندی محصولات بیوتکنولوژیکی به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه ای به این موضوع بنماید .حوزه ای از فناوری که با تولید، باز یافت و بکارگیری نسل دوم مواد و محصولات بیوتکنولوژیکی سروکار دارد ، همان نانوبیو موادی که تولید و بازیافت و خالص سازیشان خصوصا" در ابعاد صنعتی به شدت تکنیک های موجود را به مخاطره انداخته و روشهای نوین را می طلبد، می تواند محدوده کاری نانوبیوتکنولوژی و یا بیونانوتکنولوژی باشد . با تقسیم بندی اولویت های تحقیقاتی نانوبیوتکنولوژی به سه موج نانو بیو مواد، نانو وسایل و نانو ماشین ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمایز بیو تکنولوژی و نانو بیو تکنولوژی بطور وضوح در محدوده کاری موج اول نانو بیو تکنولوژی خود را نمایان می سازند چون بی تردید موج های دوم و سوم این فناوری هم پوشانی بسیار ناچیزی با بیوتکنولوژی به معنای عام خواهند داشت. اما موضوع بعدی که ضرورت شفاف سازی و بیان وا ژه ها در آن مهم می باشد تشابه و تمایز نانوبیوتکنولوژی و بیونانوتکنولوژی می باشد. به بیان دیگر اصولا فرقی بین این دو واژه وجود دارد و اگر چنین است این تمایزات چیست؟ برای ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژی مد نظر می باشد، ابتدا روشهای بالا به پایین Top down) ) وسپس روش های پایین به بالا ( (Bottom up . نانو بیو ذرات نیز از این قاعده مثتثنی نبوده و بوسیله یکی از این دو روش تولید می شوند. اگر یک نانو بیو محصول از روش های بالا به پایین تولید شود، به بیان دیگر با تکیه بر اصول و مبانی اصلی بیو تکنولوژی، و در ادامه با روش های اصلاح شده خالص سازی و بازیافت که با کمک تکنیکهای جدید توسعه یافته و برای محصولات نسل دوم (نانو بیو مواد ها) بکار گرفته می شود به محصول نهایی ( (End product تبدیل شود، به این مجموعه از فناوریها بیونانو تکنولوژی اطاق می شود. به عنوان مثال بیوراکتوری را در نظر بگیرید که یک سلول حیوانی خاص در آن کشت داده شده و در شرایط ویژه رشد نماید. محصول مورد نظر یک ویروس درون سلولی می باشد که برای استفاده در ژن درمانی با درجه خلوصی ویژه مورد نیاز می باشد. بدین ترتیب نانو بیو محصول مورد نظر در درون سلول تولید شده و سپس بازیافت می شود (از بالا به پایین). از طرفی دیگر اگر با بهره وری مستقیم از فناوری نانو یک نانو بیو محصول از پایین به بالا ساخته شود می توان این حوزه از فناوری نانو را نانوبیو تکنولوژی دانست. مثال واضح آن تولید تمام نانو بیو ذرات از طریق خود آرایی و مکان آرایی می باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکیل دهنده، محصول مطلوب تولید می شود. اسمبلی ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئین نانو ساختارها از مثال های جالب تولید از پایین به بالای نانو بیو مواد می باشد که می توانند بعنوان حاملهای دارو استفاده شوند. بکارگیری این روش در ابعاد آزمایشگاهی خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش وتکامل می باشد. بطور کل بنظر می رسد که دنیا در ساخت مواد از بالا به پایین تا حدودی زیادی موفق بوده است و از ساخت توده ای مواد وبازیافشان (بیونانو تکنولوژی) و رسیدن به بیوذرات در اندازه نانو بهره ها برده و ما نیز باید با برنامه ریزی مدون در داخل این مهم را گسترش داده و تقویت نماییم ( البته در اندازه های آزمایشگاهی موفق بوده ایم و باید در فاز بعدی به سمت تولید انبوه و صنعتی برویم ). ساخت از پایین به بالای بیوذرات در دستور کار مراکز تحقیقاتی جهان قرار دارد و پیش بینی ها حاکی از آن است که دنیا بتواند به تولیدات قابل توجه ای در این خصوص تا سال 2015 میلادی دست یابد. بمانند مبحث قبلی (مرزهای بیو تکنولوژی و نانوبیو تکنولوژی) با عبور از موج اول تحقیقات و تولیدات، اهمیت شفاف سازی واژه ها بین بیونانو تکنولوژی ونانو بیو تکنولوژی نیز کم رنگ شده ونانو بیو تکنولوژی تا حد زیادی موج های دوم و سوم تحقیقات و فعالیتها را در انحصار خود قرار می دهد. محققان همواره برای رسیدن به اهداف ریز و درشت علمی تحقیقاتی خود نیازمند به دسته بندی ها و اولویت بندیها می باشند. با توفیقات نسبتا" خوبی که در زمینه های تحقیقاتی بیونانو تکنولوژی در فرایندهای بالا دستی بوجود آمده است، لزوم توجه بیشتر به فرایندهای پایین دستی بیونانو تکنولوژی بیش از پیش نمایان می شود. البته نیاز پژوهش گران به بهینه سازی تولید نانو بیو مواد در ابعاد صنعتی همچنان از دغدغه های جدی در سالهای آینده می باشد. در کنار بیونانو تکنولوژی که به تعبیری مقدم بر نانو بیوتکنولوژی می باشد، باید با جدیت به نانو بیوتکنولوژی و سه موج مهم آن پرداخت و بر اساس اولویتهای مطرح شده برای رسیدن به اهداف کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت برنام ریزی نمود تا بتوان همگام با دیگران در جهان شعار تعلق قرن بیست و یکم به نانو تکنولوژی را منصه ظهور رساند.

منابع: :

www.itan.ir
http://www.irche.com
http://nano.ir/

نقش نانوتکنولوژی در درمان سرطان

نقش نانوتکنولوژی در درمان سرطان

امید به درمان سرطان؛ چرا نانو؟

در رابطه با اهداف و چالش‌های انستیتوملی سرطان در خصوص رنج مبتلایان به این بیماری و مرگ و میر ناشی از آن و به منظور دسترسی به این اهداف تا سال 2015، تعدادی از زمینه‌هایی که می‌تواند سهم عمده‌ای ازکاربردهای فناوری‌نانو در سرطان داشته باشد، توجه بسیاری را به خود جلب نمود.تاکنون تعامل میان فناوری‌نانو در زمینۀ سرطان و زیست‌شناسی سرطان، تحولی عظیم در روش‌های تشخیص، درمان و پیشگیری از سرطان ایجاد کرده است، که این دستاوردها آغازی برای رسیدن به کاربردهای بالینی می‌باشند. فناوری‌نانو با ارائه ابزارهای جدید موجب تسریع روند تشخیص سرطان در مراکز درمان سرطان و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و نیز درک چگونگی عوامل و فرآیندهای ایجاد کنندۀ این بیماری و دلایل پیشرفت آن، گشته است. به گفتۀ Andro von eschenbach، سرپرست انستیتو ملی سرطان، فناوری‌نانو، دانش مربوط به مقیاس‌های کوچک، در حال جذب بزرگ‌ترین دانشمندان از سراسر دنیا در زمینه‌های گوناگون علمی و مهندسی می‌باشد و هدف آن معطوف و هماهنگ کردن استعدادها و ذهن آنها بر روی حل مسائل و مشکلاتی است که بر سر راه تحقیقات در مورد تجهیزات درمان بالینی وجود دارد. به عقیدۀ وی، نانومواد و نانوابزارها نقشی بی‌نظیر و حیاتی را در تبدیل دانش به پیشرفت‌های مفید بالینی در زمینۀ تشخیص و درمان سلول‌های سرطانی ایفا می‌‌کنند، کاری که با انجام آن روند تشخیص و درمان و نهایتاَ پیشگیری از سرطان کاملاَ متحول خواهد شد.مثالی که می‌تواند به منظور درک بیشتر پتانسیل وسیع فناوری‌نانو در زمینۀ تغییر روش‌های تشخیص و درمان سرطان به کار رود استفاده از نانو‌ذرات می‌باشد. دکترParas Prasad از گروه شیمی دانشگاه بوفالو و دکتر Raoul kopelman از گروه فیزیک دانشگاه میشیگان، نانوذرات کروی تولید نمودند که شکلی شبیه به توپ‌های تنیس، البته با ابعادی برابر با یک ده‌هزارم یک سر سوزن، دارند. این نانو‌ذرات به‌طور هم‌زمان قادر به تشخیص تومورهای سرطانی بسیار ریز و نیز انتقال داروهای بسیار مؤثر و نابود کنندۀ این سلول‌ها در یک موجود زنده می‌باشند. استفاده از این نانو‌ذرات به عنوان دارو و برای درمان سلول‌های بدخیم سرطانی هیچ‌گونه تأثیر سوئی بر سلول‌ها و بافت‌های سالم بدن بر جای نمی‌گذارند.
پس از رسیدن این نانوذرات به تومورها، داروهای درون آنها به وسیله نوارهای باریک نور لیزر فعال می‌شوند. این نانوذرات همچنین قادر به مشخص نمودن میزان تأثیر درمان بر سلول‌های بدخیم می‌باشند. این ایدۀ بزرگ که تنها با تزریق یک عامل بتوان تشخیص، درمان و گزارش در مورد میزان اثر بخشی درمان را انجام داد، امری است که فقط با کمک فناوری‌نانو میسر می‌شود.این یک دانش جدید نیست ولی بهتر استامروزه کار محققانی مانند دکتر kopelman و دکتر Prasad فناوری‌نانو را به یک موضوع داغ در سطح جهانی بدل و موجب افزایش توجهات عمومی و پوشش‌های خبری در این مورد شده است. در این میان آنچه که غیر عادی به نظر می‌رسد اینست که چرا این فناوری این قدر دیر به دست آمد، اما واقعیت امر این است که شیمیدانان، فیزیک‌دانان، مهندسان و زیست‌شناسان، مدت‌ها قبل از اینکه فناوری‌نانو به این صورت در جهان فراگیر شود هر کدام به گونه‌ای با آن سر و کار داشته‌اند.امروزه بسیاری از شیمیدانان و فیزیک‌دانان این ادعا را دارند که از روزهای آخر قرن بیستم، در حال کار در مقیاس نانو- محدودۀ طولی100 -1 نانومتر- هستند. هموگلوبین، پروتئینی که وظیفۀ نقل و انتقال اکسیژن در جریان خون را به عهده دارد، دارای قطری برابر 5 نانومتر، 5 بیلیونیوم یک متر، می‌باشد. بیشتر مولکول‌های دارویی کوچک‌تر از یک نانومتر هستند و این درحالی است که اتم‌های سیلیکونی تشکیل دهندۀ یک تراشۀ کامپیوتری، دارای اندازه‌ای در حد یک دهم نانومتر می‌باشند.اما کارکردن با اتم‌ها و مولکول‌ها، پروتئین‌ها، DNA و مطالعۀ آنها تنها چیزی نیست که محققان به دنبال آن هستند، بلکه انتظار و تعریف آنها از فناوری‌نانو می‌تواند همان تعریف ارائه شده از سوی NNI باشد که فناوری‌نانو را زمینه‌ای از علم می‌داند که شامل موارد زیر است:
-تحقیق و توسعۀ فناوری در سطوح اتمی، مولکولی یا ماکرو‌مولکولی، در مقیاس طولی در حدود 100-1 نانومتر؛
-ساخت و به کارگیری ساختارها و ابزارها و سیستم‌هایی که به علت داشتن ابعاد کوچک یا متوسط خواص بی‌نظیری دارند؛
-توانایی کنترل یا دستکاری در مقیاس اتمی.
براساس این تعریف، پیدایش فناوری‌نانو به سال 1985، و در پی کسب دو پیشرفتی که هر دو منجر به دریافت جایزۀ نوبل شدند بر می‌گردد. اولین مورد مربوط به اختراع میکروسکپ تونل‌زنی عبوری یا STM در سال 1985 می‌باشد که آن را دکترGerd Binnig و دکتر Heinrich Rohner، فیزیک‌دانان مؤسسۀ IBM، در زوریخ سوئیس انجام دادند. این دو فیزیک‌دان با ارائۀ این اختراع موفق به دریافت جایزۀ نوبل فیزیک در سال 1986 شدند. دومین پیشرفت، در یک دورۀ 11 روزه در همان سال 1985، در دانشگاه رایس حاصل شد. هنگامی که شیمیدانان، دکتر Robert Curl Jr، دکتر ریچارد اسمالی و دکتر Harold Kroto، موفق به کشف ترکیب جدید کربنی شدند که آن را باکی مینستر فولرین نامیدند که اصطلاحاَ به آن باکی‌بال گفته می‌شود. بر خلاف سایر ترکیبات کربنی که از تعداد نامحدودی اتم‌های کربن ساخته شده‌اند، اتم‌های تشکیل‌دهندۀ باکی‌بال‌ها محدود به 60 عدد می‌باشد که این تعداد اتم به صورت کروی و به شکل یک توپ فوتبال آرایش یافته‌اند و شکل این ساختار برای اولین بار توسط معماری به نام باکی مینستر فولر ارائه شد. یافته‌های آنان بسیار بحث انگیز بود و نتیجۀ تلاش آنها برای کشف این نانو‌ذرات جدید نه تنها دریافت جایزۀ نوبل را برای آنها به دنبال داشت بلکه آغازی برای حجم وسیع تحقیقات در زمینۀ مواد نانومقیاس گردید.تولد فناوری‌نانو در زمینۀ سرطان را نیز می‌توان به همان دورۀ زمانی نسبت داد. در این تحقیقات کمتر به ماهیت مواد پرداخته ‌شد و توجهات، بیشتر به تحقیق در مورد چگونگی تأثیر آنها بر سلامتی انسان و حفظ زندگی معطوف گردید.در اواسط دهۀ 1980، میکروبیولوژیستی به نام دکتر Adler Moor از دانشگاه کالیفرنیا و بیوتکنولوژیستی به نام دکتر Richard Proffitt، ذرات کروی نانومقیاسی از چربی تولید نمودند که به لیپوزوم‌ها مشهور شدند. لیپوزوم‌ها محتوی داروی قوی اما بسیار سمamphotericin B می‌باشند. این ماده که ترکیبی جدید از یک داروی قدیمی می‌باشد، به وسیلۀ سلول‌های ‌سیستم ایمنی که ماکروفاژ نامیده می‌شوند ایجاد می‌شود. ماکروفاژ‌ها در هر مکانی از بدن که قارچی رشد کرده باشد آزاد می‌شوند. لیپوزوم‌ها، amphotericin B را از طریق سلول‌های حساس کلیه نگه می‌دارند. نتیجۀ تحقیقات تولید داروی جدید و سالم‌تری بود که فیزیک‌دانان معتقدند، استفاده از این دارو موفقیت درمان را مخصوصاَ در مورد بیماران سرطانی که پیوندهای مغز استخوان دریافت کرده‌اند، تضمین می‌کند. در همین زمینه محققان دیگری نیز موفق به تولید لیپوزوم‌های دیگری شدند که قادرند به طور سالم‌تر و مؤثرتری عمل انتقال عوامل ضد سرطان به تومورها و در نتیجه درمان سرطان را انجام دهند.

نوید فناوری‌نانو:

اگرچه بعد از آن لیپوزوم‌ها‌ی اولیه، تعداد محصولات نانو‌مقیاس برای دستیابی انسان به کاربردهای درمانی و پزشکی اندک است، اما این بدان معنی نیست که فناوری‌نانوی مرتبط با درمان سرطان، به پایان راه خود رسیده است. اکثر شیمی‌دانان، مهندسان و زیست‌شناسان دو دهۀ گذشته را صرف تسلط بر پیچیدگی‌های کار با مواد نانومقیاس نموده‌‌اند، در نتیجه هم‌اکنون دانشمندان تصویر واضح‌تری از چگونگی ایجاد مواد نانومقیاس با خصوصیات مورد نظر و مورد نیاز برای کاربرد مؤثر در زندگی بشر را در پیش رو دارند.به گفتۀ دکتر Mauro Ferrari کار در مقیاس نانو سخت‌تر از کارهایی است که در مورد محصولات لیپوزومی انجام گرفت و منجر به موفقیت شد. ‌‌امروزه علی‌رغم تعداد وسیع محصولات نانومقیاس که هم‌اکنون در دسترس می‌باشند، کاربردهای بالقوۀ این نانومواد محدود است. این محدودیت را مهندسان، شیمی‌دانان‌ و دیگران ایجاد نکرده اند بلکه از محدود بودن تصور و دانسته‌های ما در مورد زیست‌شناسی سرطان ناشی شده است.فناوری‌نانو در زمینۀ سرطان دربرگیرندۀ محدودۀ گسترده‌ای از مواد و روش‌هاست که متقابلاً برای حل و برطرف نمودن تعداد زیادی از مسائل و مشکلات در این زمینه به کار می‌رود، از جمله:
-به زودی عوامل تصویر برداری و تشخیص بیماری، پزشکان را قادر به تشخیص سریع سرطان و درمان بسیار آسان خواهد نمود.
-سیستم‌هایی که می‌توانند ارزیابی‌های زمان واقعی از درمان‌ها و جراحی‌ها را برای تسریع فرآیند تفسیر بالینی ارائه نمایند.
-تجهیزات چند کاره‌ای که می‌توانند مرزهای زیست‌شناسی را پشت سر گذاشته و عوامل دارویی چندگانه‌ای را با غلظت‌ها‌ی بالا در زمان و مکان مشخص به یاخته‌های سرطانی برسانند.
-عواملی که قادرند تغیرات مولکولی در بدن را پیش‌بینی نمایند و نیز از بدخیم شدن سلول‌هایی که در مرحلۀ پیش‌سرطان هستند، جلوگیری کنند.
-سیتم‌های نظارتی که توانایی تشخیص تغییرات ناگهانی و نیز علائم ژنتیکی را که نشان‌دهندۀ پیش‌زمینه‌های بروز سرطان هستند دارا می‌باشند.
-روش‌های منحصر به فرد برای کنترل علائم سرطانی که کیفیت زندگی را به‌طور مضری تحت تأثیر قرار می‌دهند.
-ابزارهای تحقیقاتی که محققان را قادر خواهد ساخت، ماهیت عوامل جدید برای توسعۀ روش‌‌های بالینی و پیش‌بینی میزان مقاومت دارو را سریع‌تر تشخیص دهند.نانو‌ذرات دارای انواع مختلفی هستند و به‌طور حتم نقش مهمی را در جنبه‌های مختلف زندگی بازی می‌کنند.
هر نانو‌ذره خصوصیات کاملاَ منحصر به فردی دارد و هر محقق نیز نانو‌ذرات را به طریق خاصی برای توسعۀ روش‌های جدید در مورد تشخیص و درمان سرطان به کار می‌برد، با این همه چند ویژگی خاص در مورد نانو ذرات وجود دارد که موجب ایجاد پیوند میان تمامی این تلاش‌ها شده و زمینۀ وسیعی را برای کاربرد فناوری‌نانو در زمینۀ سرطان ایجاد می‌کند.در ابتدا، محققان نانو ذرات را به گونه‌ای طراحی نمودند که اتصال مقادیر مولکول‌ها از قبیل مولکول‌های دارو و یا مولکول‌هایی که قادر به هدف‌گیری ذرات به سمت تومورها هستند، به سطح ذرات به آسانی انجام گیرد. به عنوان مثال، یک عامل هدف گیرندۀ متداول، می‌تواند مولکول اسید فولیک باشد که اصطلاحاَ به آن فولیت نیز گفته می‌شود. این عامل قادر است گیرنده‌های فولیت را که در سطح سلول‌های سرطانی وجود دارند، تشخیص داده و به آنها متصل شود.عامل هدف گیرندۀ دیگر یک آنتی بادی می‌باشد که قادر به شناسایی و اتصال به پروتئینی به نام Her-2 که در نمونه‌های قطعی سرطان سینه وجود دارد، می‌باشد. عامل دیگر یک آپتامر (یک قسمت از اسید نوکلئیک که به عنوان یک آنتی بادی Super- charged عمل می‌کند) می‌باشد که پس از تشخیص آنتی‌ژن‌های ویژۀ سرطان پروستات، قادر است که به آنها متصل شود.سرطان‌شناسان به طور حتم در حال جست‌وجو برای یافتن این قبیل علائم سطحی سلول می‌باشند و هنگامی‌که کار آنها به نتیجه رسید، فناوری‌نانوست‌ها به آنها ملحق شده تا عوامل هدف گیرندۀ مورد نیاز را تولید نمایند و به این ترتیب جعبۀ ابزار دانشمندان در زمینۀ تشخیص و درمان سرطان کامل شود.اینکه چرا شیمیدان‌ها عامل هدف گیرنده را مستقیماَ به یک مولکول دارو یا یک عامل تصویر برداری متصل نمی‌کنند، از پیچیدگی‌های دیگر کاربرد نانو ذرات است و نیز چیزی است که شیمی‌دانان داروساز به دنبال آن هستند؛ در عین حال قابل ذکر است که به کارگیری نانو‌ذرات در این زمینه دو مزیت عمده دارد:مورد اول، کارکرد یک نانوذره به صورت یک عامل هدف‌گیرنده است. هنگامی‌که اسیدفولیک به یک گیرندۀ فولیت می‌چسبد، این اتصال دوام زیادی ندارد و پس از مدتی مولکول اسیدفولیک از گیرنده جداشده و حرکت می‌کند، در این حالت ممکن است که این عامل به گیرندۀ فولیت دیگری بر روی یک سلول مشابه متصل شود یا اینکه این اتفاق نیفتد.دراینجا یادآوری چگونگی اتصال چند حلقه به یک قلاب، تصویر واضحی را از چگونگی عملکرد نانو‌ذرات به ما می‌دهد. در این حالت نانو ذره به صورت قلابی عمل می‌کند که دسته‌های چند‌تایی از عوامل هدف گیرنده، مانند اسید فولیک، به آن متصل می‌شوند و هدف گیری به این روش بسیار مطمئن‌تر از هنگامی است که از یک داروی متصل شده به یک عامل هدف گیرنده استفاده شود. بنابر گفتۀ پروفسور Gregory Lanza، از بخش داروسازی دانشگاه واشنگتن، در این حالت هر زمانی‌که عامل هدف گیرنده از گیرنده‌اش، بر روی یک سلول سرطانی، جدا شود عامل هدف گیرندۀ دیگری بلافاصله جای آن را پر می‌نماید.
دومین دلیل برای این موضوع که چرا عملکرد ترکیب نانو‌ذره با عوامل هدف‌گیرنده برای تشخیص یا درمان سلول‌های سرطانی از سایر روش‌ها بهتر است، این است که بر خلاف یک مولکول- دارو یا یک عامل تصویر برداری که عملکرد شیمیایی خاصی دارند، یک نانو ذره به صورت ظرف بزرگی می‌باشد که می‌تواند مملو از ده‌ها یا صدها عامل تصویربرداری یا مولکول دارو باشد. به گفتۀ دکتر kopelmanاستفاده از یک نانو ذره به جای یک مولکول منفرد را می‌توان به تحویل دادن یک بستۀ پستی در عوض یک کارت تبریک، تشبیه نمود.پر نمودن یک نانوذرۀ هدف‌گیرنده با دارو، می‌تواند به مقدار زیادی در کاهش اثرات سمی داروهای درمان سرطان مؤثر باشد. از این طریق می‌توان داروی بیشتری را به محل تومور رساند و از رسیدن دارو به بافت‌های سالم جلوگیری نمود و بدین طریق اثرات جانبی استفاده از این داروها را تا حد زیادی کاهش داد، در عین اینکه میزان اثر بخشی آنها نیز بهبود می‌یابد.
نانو ذرات چه هدف گیرنده باشند و چه نباشند، از طریق کاهش به کارگیری مواد شیمیایی مختلف در ترکیب دارو که برای افزایش انحلال‌پذیری این داروها در سیالات بدن به کار می‌روند، نقش عمده‌ای در کاهش عوارض استفاده از داروهای ضد سرطان دارند.به عنوان مثال دارویAbraxane یک ترکیب نانو ذره‌ای ساخته شده از داروی ضد سرطان و بسیار قوی Paclitaxel، به صورت عوامل فعال در Taxol، می‌باشد که هم‌اکنون به‌صورت یک سلاح مهم در تسلیحات درمانی تومور‌شناسان به‌شمار می‌آید، اما مشکلی که در اینجا وجود دارد، کم بودن قابلیت انحلالPaclitaxel در سیالات بدن می‌باشد. شیمیدان‌های داروساز به منظور غلبه بر این مشکل، Paclitaxel را با مواد شیمیایی دیگری که اثرات جانبی بسیار محدودی در بر خواهد داشت، ترکیب نمودند.چنانچه یک نانو ذره را با Paclitaxel پر کنیم، آلبومین به دست می‌آید که یکی از عمده‌ترین پروتئین‌های خونی می‌باشد، استفاده از این مادۀ فوق شیمیایی می‌تواند اثرات بسیار مفیدی برای بیماران داشته باشد. با استفاده از این ماده بیماران می‌توانند مقادیر بیشتری از Paclitaxel را در عین داشتن کمترین میزان اثرات جانبی، مصرف نمایند.

چند عملکرد در یک نانو ذره:

یکی از امید‌بخش‌ترین کاربردهای نانو ذرات، به کارگیری آنها به منظور انجام هم‌زمان دو عمل تشخیص تومور و رساندن دارو به آن می‌باشد.دکترها kopelman، Prasad و Lanza، همگی در حال کار بر روی برخی کاربردهای ویژۀ نانو ذرات در این زمینه می‌باشند. به‌همین ترتیب دکتر JamesBakerکه تحقیقاتش تحت حمایت NCR قرار دارد، و گروهش در دانشگاه میشیگان موفق به تولید dendrimerهای چند منظوره‌ای شدند که به صورت نانو ذرات پلیمری کروی شکلی می‌باشند که قادرند با انواع مختلفی از مولکول‌ها آرایش‌هایی تشکیل دهند.در ماه‌های اخیر، این گروه نتایج حاصل از آزمایش‌های dendrimerهای چند کاره را بر روی حیوانات آزمایشگاهی را به صورت مقاله‌هایی ارائه نمود که این نتایج حاکی از موفقیت dendrimerها در در انجام همزمان دو عمل تشخیص و درمان تومورها بود. یک چنین عملکرد چند منظوره‌ای را شاید بتوان مهم‌ترین مشخصۀ نانو ذراتی دانست که در درمان سرطان استفاده می‌شوند و دانشمندان با به کارگیری آنها قادر به وجود آوردن تحولات بسیار عظیمی در عرصۀ تشخیص، درمان و پیشگیری از سرطان خواهند بود.قابل توجه است که قابلیت دارورسانی به این طریق، خاص یک نوع داروی خاص نیست و در این شیوه می‌توان به طور همزمان چندین داروی متفاوت را به یک تومور انتقال داد.مطمئناَ تلاش‌های فراوانی به منظور تولید نانو ذرات چند کاره‌ با خواص ویژۀ درمانی صورت خواهد گرفت؛ خواصی که هر سه عملکرد هدف یابی، ظرفیت ترابری و غلبه نمودن بر مقاومتی که تومور نسبت به دارو نشان می‌دهد، را به صورت یک‌جا داشته باشند. مع‌ذلک دانشمندان فناوری‌نانو که در زمینۀ سرطان فعالیت می‌کنند خوش‌بین هستند که روش‌ها و رقابت‌های پیش‌بینی شده قادر خواهند بود بر چالش‌ها و پیچیدگی‌های موجود در این زمینه غلبه نمایند و نیز اینکه فناوری‌نانو تحولات بسیار عظیمی را در زمینۀ سرطان ایجاد خواهد کرد که منافع آن برای بیماران سرطانی بی‌شمار خواهد بود.فنانوری نانو یک میدان چند بعدی است که زمینه های وسیع و متنوعی از ابزارها را در حوزه مهندسی، بیولوژی، فیزیک و شیمی پوشش می‌دهد:از حوزه نانو بردارها جهت هدف‌گیری و رساندن هدفمند داروهای ضد سرطان، تا مکانیزم های کنترل کنندة عملیات جراحی و پروسه های ترمیم و بهبودی.این حوزه وسیع در مبارزه علیه سرطان، چالش‌های اساسی را پدید می‌آورد: در مقاله زیر می‌کوشیم تا چهارچوب‌های چالش برانگیز در حوزه درمان سرطان را با معیاربررسی خط مشی NCI ، موسوم به ، Cancer Nanotechnology Plan ،مورد بررسی قرار دهیم.

الف) چند تعریف اساسی:

• نانوتکنولوژی علاقه مند به، مطالعه ابزارهائی است که خودشان یا به کمک مولفه‌های اساسی‌شان در ابعاد یک الی هزار نانومتر، (از چند اتم تا ابعاد چند سلول) در مبارزه علیه سرطان بکار گرفته می‌شود.
• دو زمینه اصلی فناوری نانو در سرطان، عبارتند از نانوبردارها (Nanovector) جهت کمک به بهبود تجویز هدفمند دارو و کمکهای تصویر نگاری، و دیگری الگوهای دقیق رفتاری سطوح تحت درمان.
• نانوبردار: یک کاواک (hollow)یا یک سازه تو خالی است در ابعاد یک الی هزار نانومتر که حامل داروهای ضدسرطان و عوامل کشف کننده، است. نانوبردارها در پزشکی ژنتیک نیز بکار گرفته می‌شوند.
• فتولیتوگرافی: یک روش مشخص کردن تو سط نور می باشد که جهت بررسی الگوهای ساختار سطوح بکار گرفته می‌شود. دقت ابزارهای نانوئی بوسیله ابزارهای فتولیتوگرافی تعیین می‌شود از این رو توسعه این ابزارها در افزایش ظرفیت اطلاعاتی زیست مدارها مؤثر خواهند بود.
قابلیت فناوری نانو در پیشرفت‌هائی نظیر کشف سریع‌تر، تشخیص و پیش‌گوئی وراثتی و انتخاب روش درمان بر اساس قابلیت‌های چندگانه‌ای سنجیده می‌شود که عبارتند از: کشف محدوده وسیعی از سیگنال‌های مولکولی و نشانه‌های زیستی.مثال‌های اصلی از کشف به طریقه multiplex، به کمک فناوری نانو، عبارتند از:آشکارسازهای نوری نانویی، نانومفتول‌ها و نانوتیوب‌ها که در اکتشاف بکارگرفته خواهند شد . چند کارگی یک مزیت پایه در نانوبردارها بویژه در معالجه سرطان و هدایت عوامل کشف است: اهداف اولیه شامل اجتناب ازهدف‌گرفته شدن به کمک زیست نشانه‌گذاران (biomarker) و یا سدهای دفاعی بدن است ونیزاز دیگر مزیتهای بالقوه باید گزارش کردن بازدهی و تأثیر روش معالجه باشد.در حال حاضرهزاران نانوبردار، تحت پژوهش می‌باشند. با ترکیب سازمان یافته آنها درتعامل با روش‌های درمانی برگزیده و مکملهای هدف گیری بیو لوژیک، قادر خواهیم بود تا به سوی دستیابی به عوامل درمانی شخصی ، پیش برویم. روش‌ها و مدل‌های نوین ریاضی ، به منظور رمزگذاری دقیق فناوری نانو در تومورشناسی مورد نیاز است.اهداف عالی پروژه CNPLan: (Cancer Nanotechnology Plan)نمایش سریع‌تر نشانه‌های بیماری که به پزشکان اجازه دهد سرطان را هر چه سریع‌تر کشف ومهار نمایند و گام‌های موثری در معالجه بردارند توسعه سیستم‌هائی که به صورت آنی تشخیص دهند، و بازدهی سیستم معالجه را برای شتاب‌دهی روش کنترل کنند. چند منظوره بودن: ابزارهای هدف یاب ،باید استعداد میان برزدن سدهای دفاعی بیولوژیک جهت به هدف رساندن عوامل درمانی چندگانه با تمرکز بسیار بالارا در سرعت های انتشار بیولوژیکی، ،مستقیماً به سوی سلول‌های سرطانی را داشته باشند.( بافت آنها در ابعاد میکرویی است و نقشی اساسی در رشد و تکثیر سرطان ایفاء می‌کنند( این عوامل، می‌بایستی قادر باشند در هر لحظه موقعیت مولکول‌های اکتشاف کننده را رهگیری نموده و حرکت سلول‌های سرطانی را متوقف سازند. سیستم‌های پایش‌گر،(دگرگونی‌هائی را که ممکن است محرک پروسه‌های سرطان‌زا و جهشهای ژنتیکی مستعدساز سرطان باشند کشف می کنند) ، باید توسعه یابند. روش‌های نوینی جهت مدیریت علائم سرطان که تحت تاثیرشرایط زندگی می باشند، بکار گرفته شود ابزارهای پژوهشی که کاوشگران را قادر سازد سریعاً اهداف جدید را رهگیری کنند،جهت توسعة دانش بالینی و پیش‌بینی مقاومت داروئی، از اولویت برخوردارند. آزمایشگاه شاخص‌گذاری نانوتکنولوژی یا Nanotechnology Characterization Laboratory که به اختصار NCL خوانده می‌شود در راستای این طرح، اهداف عالی زیر را تعیقب می‌کنند: توسعه اطلاعات در زمینه برهم‌کنش ابزارهای نانوئی و سیستم‌های بیولوژیک این پژوهش تلاش دارد، خطوط مبنا و اطلاعات علمی اساسی را در جهت تحقیق و توسعه در حوزه های تشخیص و عوامل اکتشاف‌گرنانویی ، ونیز استراتژی‌های درمان، را وضع نماید.به هر حال این اطلاعات به سمت مراکز فعال سرطان شناسی و برنامه های وابسته به آن از طریق بانک اطلاعات عمومی که تحت پوشش شبکهCancer Biomedical Informatics Grid قرار دارد و به اختصار(CaBIG) خوانده می شود، هدایت خواهند شد.اما به هر حال NCI،نقش سیاستگزار و حامی را تا انتهای این برنامه حفظ خواهد کرد.NCI نیز در 4 محور عمده فعالیت می‌کند (برنامه تا سال 2015 میلادی تنظیم شده است(
• تلاش در جهت مدیریت فعالیت‌های منظم چند بعدی، میان تیم‌های مختلف همکار
• کم کردن شکاف میان کشف و توسعه روش ها و ابزارهای درمان
• تلاش درجهت حل معضل عمده فقدان استانداردهای در دسترس
• تلاش در جهت توسعه زیرساخت های توسعه تکنولوژی پزشکی
-کلیدهای اساسی در برنامه نانوتکنولوژی علیه سرطان تسریع در اکتشافات، و توسعه تلاش‌های که فرصت‌های بزرگتری را برای پیشرفت این حوزه دردرمان سرطان، در بخش خصوصی ایجاد کند.فناوری نانو در زمینه‌های زیر در ارتباط با حل مشکل سرطان، فعالیت خواهد کرد: تصویر برداری مولکولی و کاوشگران سریع‌تر و دقیق‌ترMolecular Imaging and Early Detection
• تصویر برداری داخل بافت زنده In vivo Imaging
• گزارش‌گران بازدهی Reporters of Efficacy
• درمان‌شناسی چند منظوره Multifunctional Therapeutics
• پیشگیری و کنترل Prevention and Control
• پیش رانهای پژوهشی Research Enablers

راهبردهای جدید در مبارزه علیه سرطان (رویکرد سرمایه‌گذاری(

در راستای اهداف CNPLan، سرمایه گذاری در 4 زمینه زیر صورت خواهد گرفت:
1 توسعه 3 تا 5 مرکز، CCNE که بستری مناسب برای مهندسان و فیزیک‌دانان به منظور توسعه دانش کارشناسی بیولوژی سرطان ‌باشد و نیز دسترسی به بیماران سرطانی در مراکز ملی و جامع سرطان را تسهیل کند. ونیز توسعه مراکزی موسوم بهSPORE ، و زیر ساخت‌های عمومی ملی نظیر خانواده سرطان سینه و روده بزرگ در اولویت قرار گیرد. 2. CNPLan بر روی برنامه آموزشی میان رشته‌ای به عنوان ابزاری در راه تسریع خلاقیت تیم‌های چند رشته ای که در راه ادغام بیولوژی سرطان ونانو تکنولوژی فعالیت می‌کنند سرمایه‌گذاری خواهد کرد.
3. CNPLan، برروی مؤسسات توسعه دهنده فناوری نانو که تولید محور باشند و تاکید بر عمومی ساختن دانش فناوری نانو دارند،در سطح تجارتخانه‌های کوچک و پروژهای بخش خصوصی، از طریق سرمایه‌گذاری حمایت خواهد کرد. 4. CNPLan بر روی پروژهایی که در حوزه کاربردی کردن نانوتکنولوژی در بیولوژی سرطان فعالیت می‌کنند، در پروژهای سطح بنیادین و سایر مکانیزم های توسعه، سرمایه‌گذاری خواهد کرد.

اهداف و ماموریت‌های ""CCNEها:

CCNE: Centers of Cancer Nanotechnology Excellence
هدف عالی این مراکز، توسعة نانوتکنولوژی در حوزه پژوهش‌های بنیادین و کاربردی است به گونه‌ای که لازم است سریعاً جهت انتقال دانش کاربردی به سوی پژوهش‌های درمانگاهی ابزار سازی کنند.
نیازمندی‌های بحرانی برای هر CCNE عبارت خواهند بود:
 تعامل با یک مرکز جامع سرطان/ در چهار چوب برنامة SPORE
 وابستگی به دانشگاه ها یا مراکز پژوهشی مهندسی محور و علوم پایه (نظیر ریاضیات، شیمی، فیزیک وعلوم مواد)
 دارا بودن امکانات زیست محاسباتی پیشرفته.
 نیازمندی‌های وجودی غیر انتفاعی در جهت توسعه همکاری‌هایی فناوری در بخش خصوصی.
اهداف مطلوب ، نمایشگر فناوری‌هایی خواهند بودکه توسعه یافته‌اند و به طرز موثری علیه پروسه های سرطان ابزار سازی شده‌اند. یک کمیته مشترک تلاش‌های کلیه CCNEها را هدایت می کندتا داده های ابزاری مطلوب برای انتقال تکنولوژی، از طریق مراکز، برآورده شود.شیوه ارتباطات داخلی مراکز و قدرت پیشرفت هر مرکزنیز بوسیله این سیستم ارزیابی می شود.

آزمایشگاه‌های شاخص گذار نانوتکنولوژی (NCL):

Nanotechnology Characterization Laboratoryذرات نانویی و ابزارهای نانویی، از نظر ابعاد کاملا به مولکول‌های زیستی نزدیکند و به سادگی می‌توانند در اغلب سلول‌ها نفوذ کنند. قابلیت ما در ادغام فیزیک،شیمی و خواص بیولوژیک این ذرات پژوهشگران و مهندسان را قادر خواهد ساخت تا نانو ذرات را در جهت ساخت دارو به کار گیرند، داروهایی که، در حوزهتصویر نگاری تشخیصی و کشف سرطان می‌توانند مفید واقع شوند. NCL تهیه‌کننده زیر ساخت‌های پشتیبانی اساسی در راه توسعه این حوزه است. هدف NCL شتاب بخشی به مرحله انتقال فاز از حوزه بنیادین Nano-biotech به حوزه مهندسی است.

ساخت تیم‌های پژوهشی:

در این حوزه NCI هنوز به دنبال مکانیزم جدیدی برای توسعه تیم‌های چند رشته‌ای است.

سیاست‌های تشویقی:

 جایزه F33 NIH برای پژوهشگران ارشد که از طرف سرویس ملی پژوهش اهدا می شود
 جایزه F32 NIH برای پژوهشگران فوق دکترا که از طرف سرویس ملی پژوهش اهدا می شود
 جایزه K25 و K08 به عنوان مربی توسعه تحقیقات علمی بالینی، که از طرف سرویس ملی پژوهش اهدا می شود
سیاست‌های صنعتی الف) برنامه ‌های ارتقاء پژوهشگاه ها تحت عنوان معاهدات T32: این برنامه پژوهشگاه‌های استاندارد و مجاز را قادر می‌سازد تا فرصت‌های آموزشی و پژوهشی خود را جهت آموزش به دانشجویان فوق دکترا و ماقبل دکترا که در زمینه ترکیب زمینه‌های ویژه بیوپزشکی و تحقیقات طبی فعالیت دارند ،ارتقاء بخشد . ب) برنامه ‌های" آموزش سرطان" در قالب معاهدات R25: این مکانیزم در راه توسعه برنامه‌های آموزشی جهت دهنده به بیولوژیست‌ها، مهندسان ، فیزیک‌دانان و مربیان گام بر می‌دارد. تمرکز بر توسعه فعالیت‌های با برنامه، درCCNE به منظور توسعه برنامه در قالب برنامه‌های آموزشی/ سمینارها و انجمن‌های ملی تمرکز یافته، درچهار چوب موضوع "نانوتکنولوژی علیه سرطان " است.برنامه فعالیت‌های آتی آموزشی و نیازهای توسعه تکنولوژی بر پایه موفقیت‌های اولیه راهبردهای فوق و تشخیص نیازهای برنامه صورت خواهد گرفت ساخت"زمینه ساز"های نانوتکنولوژی سرطان بر بستر هدایت برنامه‌های پژوهشی : با استفاده از آژانس‌های وسیعی اطلاع رسانی(BAA ) یا Broad Agency Announcement NCIسه تا پنج زمینه ساز عمده تکنولوژی برای سرطان، نظیر سیستم‌های نمایشگر نانوفناوری و سیستم‌های کنترل کیفیت درمان و پروسه‌های مفهوم سازی بیولوژی سرطان را به انجمن‌های R&Dخواهد شناساند.این پروژه سرمایه‌گذاری سه سالانه می‌طلبدکه از طریق ملاحظات ویژه در مفاد معاهدات لحاظ شده است. این برنامه‌ها مسبب ساز زمینه‌های تکنولوژی به منظور توسعه پژوهش های کاربردی در سرطان پژوهی خواهند بود.این پژوهش ها نیازمند تیم‌هایی خواهند بود که با مراکز جامع سرطان در قالب برنامه SPORE ودر جهت پخش فناوری فعالیت کنند. پیشگامان پایه و "کاربردی" در حوزه نانوتکنولوژی سرطان : این مراکز متمرکز بر بررسی و بازرسی طرح‌های اولیه، در حوزه مفهوم سازی پروسه‌های بیولوژیکی خاص، فناوری نقص شناسی یا روش‌های توسعه دانش داروشناسی، خواهند بود. در این راستا پروژه‌های پژوهشی که چگونگی شاخص‌گذاری کمی مفاهیم بنیادی در بیولوژی سرطان را تعریف می‌کنند در برنامة CNPLan لحاظ شده است.
مکانیزم‌های سرمایه‌گذاری تحت معاهدة R33 / R21، جهت بنگاه‌های اختراع محور در نظر گرفته شده اند و معاهدات R43 و R41، مکانیزم‌های سرمایه‌گذاری در حوزه صنایع تجاری کوچک را لحاظ کرده اند.اکنون خطوط راهنمای کلی این برنامه‌ها را بررسی می کنیم.در این بخش می‌کوشیم تا با برنامة NCI در قالب 6 اولویت تعریف شده در این پروژه، آشنا شویم.برنامه پی‌گیری در قالب 2 دوره طی خواهد شد.در طی دوره 1 تا 3 ساله، CNPLan، به توسعه برنامه‌هائی که، توسعه تولیداتی را در دستور کار دارند که به زودی در سطح کاربردی مورد استفاده قرار خواهند گرفت، اهتمام خواهد داشت.در طی دوره دوم که 3تا 5 سال به طول خواهد انجامید توسعه برنامه‌هایی در دستور کار است که فناوریهای مشکل‌تری را می‌طلبد و مسایل بیولوژیکی تازه‌ای را به چالش می کشد و یا نیازمند به توسعه چندین مولفه پیش نیاز تکنولوژیک هستند ولی دارای یک نقطه عطف و انقلابی در پروسه کشف و مدلسازی رفتار یاخته‌ها و پیش‌گیری از سرطان خواهند بود.شاخص‌های کمی در طی این برنامه‌ها سمت و سوی رشد و هدایت سرمایه‌گذاری‌ها را تعیین خواهند کرد. این شاخص‌های کمی معیار ارزیابی و کنترل پروژه‌ها خواهند بود.در پایان این دوره 5 ساله حداقل انتظار این است که تولیداتی در عرصه بیمارستانی و یاحداقل در عرصه پژوهشگاهی تولید شود. CNPLan همچنین یک برنامه جزبه جز جهت مشارکت صنایع تجاری در 5 سال آینده طراحی کرده است که آن را در فرصتی دیگر بررسی خواهیم کرد.در زیر به بررسی دوره های برنامة CNPLan می‌پردازیم : اولویت یکم: نمایشگرهای مولکولی و کاوش‌گران سریع‌تر: در دوره 1-3 ساله:شروع آزمایشات بالینی که تسهیل کننده سنجش سریع و کاشف سلول‌های غیرطبیعی در حوزه نانوتکنولوژی باشند. بهبود واصلاح سیستم‌های نانو تکنولوژی زیستی (ابزارهای پایه، مفتول‌های نانویی و نانوکانال‌ها) برای آنالیز سریع و حساس کنترل شونده ها. چنین سیستم‌هایی باید قادر باشند کمترین تغییرات در سلول‌هارا کنترل کنند . بازه زمانی 3- 5 ساله : گسترش ابزارهای نانویی برای سنجش متداول اعتبار نشانه‌گرهای سرطان. توسعه سیستم چند فاکتوری پروتئینی و ژنومیک تشخیصی برای شناسایی تومورها و تعیین مرحله رشد سرطان. شروع آزمایشات بالینی در بستر چند مولفه‌ای فناوری نانو وتشخیص زود هنگام و تحت نظر گیری درمانی . اولویت دوم:نمایشگرهای درون یاخته زنده: در دوره1-3 ساله : ارزیابی داروهای جدید در قالب برنامة IND به منظور شروع آزمایشات پژوهشی در سطح درمانگاهی جهت MRI نانویی، با قابلیت شناسایی حداقل100000 سلول سرطانی فعال و مهاجم هدایت آزمایشات پزشکی در سطوح مختلف درمانی با حداقل 3 نوع کاوشگر تصویری با استفاده از ابزارهای کاوشگر متنوع نظیر MRI ، مافوق صوت و نمایشگران اپتیکی مادون قرمز.

بازه زمانی 3-5 ساله:

کامل کردن آزمایشات بالینی و ثبت و ذخیره سازی استفاده های دارویی(NDA) برای اولین عامل تصویر نگاری نانویی که قابلیت شناسایی کردن فعالیت زیر 100000سلول سرطانی مهاجم را داشته باشدشروع آزمایشات بالینی با عوامل متعدد تصویر نگاری نانویی توسعه قابلیت‌هایی برای پایش پروسه های سلولی فعال همانطور که در طی زمان تغییر می کنند.
اولویت سوم: گزارش بازدهی روش درمان Reporters of Efficacy

در دوره 1-3 ساله:

 شروع آزمایشات بالینی با ابزارهای نانویی (بر پایه ابزارهای نمایشگر درون یاخته) با هدف ارزیابی آزمایشات بالینی و موثر بودن ابزارها.
 ایجاد قابلیتهایی برای پایش انهدام شبکه رگهای مربوط به تومورهای اولیه توپر و ضایعات متاستاتیک(در سراسر بدن تکثیر می شوند).
 ایجاد ابزارهای نانویی به منظور شناسایی و ارزیابی کمی تغییرات شیمیایی و بیولوژیک ، ناشی شده از روش درمان . نشان دادن صحت موضوع برای ابزارهای نانویی ، که، بر اساس تصویر نگاری درون یاخته یا بیرون از موجود زنده استوارند و می توانند با عوامل درمانی مختلفی برای نشان دادن توزیع زیستی درون یاخته ای استفاده شوند.
 شروع آزمایشات بالینی با یک ابزار تصویرنگاراپتیکی که قابلیت نشان دادن مرزهای جراحی با استفاده از عوامل نانویی باشند.

در دوره 3 تا5 ساله:

 نشان دادن سیستمهای چند کاره (نمایشگر های داخل یاخته و نمایشگرهای محیط پیرامون یاخته) که قادر باشند سریعاً بازدهی روش درمان را بر اساس خودکشی سلولی(Apoptosis)، رگزایی،پسروی و دیگر نشانگرها، تعیین کنند.
 نشان دادن سیستم‌های چند کاره برای پایش آنی توزیع داروها
 ترغیب استفاده‌ متداول از گزارشات اثر بخشی در مقیاس نانوبه منظور جانشینی سنجشهای نانویی در آزمایشات بالینی.

اولویت چهارم: روش‌های درمانی چند منظوره در دوره 1-3 ساله:

 فایل کردن کاربرد داروهای جدید جهت شروع آزمایشات بالینی به کمک یک سنسور هدف‌گیر(تشعشعی، مغناطیسی)
 ثبت و ذخیره سازی کاربرد داروهای جدید جهت شروع یک عملیات درمانی چند منظوره کامل به همراهی ابزارهای ارزیاب روش درمان.
 توسعه ابزارهای نانویی با قابلیت هدف‌گیری‌های چند منظوره و متنوع
 ثبت و ذخیره سازی کاربرد داروهای جدید نانویی برای شروع تمرینات بالینی به منظورارایه یک روش درمانی مبتنی بر ابزارهای نانویی و سیستم‌های هدف‌گیر شبکه‌ای.

دردوره 3-5 ساله:

 هدایت چندبعدی عملیات بالینی با هدف گیرهای حساس(تشعشعی،میدان مغناطیسی)
 ثبت و ذخیره سازی کابردهای داروهای نانویی جدید به منظور پوشش عملیات بالینی یک روش درمانی مبتنی بر هدفگیری چند فاکتوری ،با استفاده از داروهای نانویی.
 نشان دادن با ترکیب مجدد5 داروی رد شده در ابزارهای نانویی هوشمند و هدف دار برای آزمایش مجدد در نسل جدیدی از مدلهای پیش بالینی
اولویت پنجم: پیشگیری و کنترل دردوره 1-3ساله : نشان دادن صحت موضوع برای ابزارهای نانویی دارای توانایی نشان دادن تغییرات ژنتیکی (که مربوط به تشخیص فرایندهای پیش قراولان سرطان وhyperplasia است)، با هدف پیشگیری از ایجاد سرطان متعاقب آن . در دوره 3-5 ساله:
 ثبت و ذخیره سازی داروهای جدید نانویی به منظور شروع آزمایش‌های بالینی یک ابزار نانویی که قابلیت شناسایی زودرس پروسه های سرطان را دارد.
 نشان دادن صحت موضوع ، برای ابزارهای نانویی توانمند در کشف متاستازها(در سراسر بدن پخش می شوند)

اولویت ششم:" امکان بخش" های پژوهش در دوره 1-3 ساله:

 ایجاد ابزارهای نانویی نتیجه گیری، برای آنالیز پروتئین‌ها و شناسایی زیست نشانگر.
 ساخت نمونه اولیه برای کاربرد در شرایط آنی و درهمان محل به منظور معین کردن توالی ژنها در سلولهای بد خیم و سلولهایی که در مراحل قبل از بد خیم شدن می باشند.
 توسعه تحقیقات بیو لوژی بر اساس سامانه های ابزاری همراه با کشت آزمایشگاهی
 بهبود و تصحیح روشهای نشانه گذاری سلول و اجزاءآن با ذرات نانویی مانند نقاط کوانتومی برای مطالعه روندها و فرایندهای سرطان
 توسعه بانک های اطلاعاتی سم شناسی برای ابزارهای نانویی و نانوذرات
 ساخت یک چهارچوب علمی، برای قواعد داوری"تشخیص نانو ابزاری"، " داروها" و مواد پیشگیری کننده

در دوره 3-5 ساله:

 ایجاد ابزارهای تحلیلی نانویی به منظور مطالعه متیلاسیون DNA و فسفریزاسیون پروتئین
 ترغیب استفاده روزمره از فناوری مقیاس نانو جهت توصیف تنوع تومورها.
 نشان دادن فناوری در مقیاس نانو برای کشف جهش های متعدد در موجود زنده
 ترغیب استفاده روزمره از ابزارهای تحلیلی نانویی برای مطالعه مسیرهای پیام دهی سلولی

گلوله سحرآمیز؛ از تحقیق تا کاربرد

روش‌های معمول برای تشخیص و درمان سرطان شامل جراحی، بافت برداری، شیمی درمانی و پرتودرمانی می‌شود. جدیدترین داروهای ضدسرطان بر سلول‌های سالم و سلول‌های سرطانی تأثیرات تقریباً مشابهی دارند. این امر منجر به بروز آثار مضر و مسمومیت در تمام بدن می‌شود. در نتیجه، استفاده از این داروها اغلب باعث به وجود آمدن عوارض جانبی شدید در سایر بافت‌های بدن (مانند فروداشت مغز استخوان1، بیماری‌های عضلات قلب2 و مسمومیت‌های عصبی) می‌شود، به طوری که حداکثر میزان داروی قابل مصرف را شدیداً کاهش می‌دهد.
به علاوه به دلیل توزیع گسترده دارو در سراسر بدن و حذف سریع آن از گردش خون، استفاده از مقادیر زیاد دارو اجتناب ناپذیر بوده، نتیجتاً غیراقتصادی و اغلب باعث پیچیده شدن درمان می‌شود. دارورسانی هدفدار موضوع جدیدی نیست و به اوایل قرن بیستم، همزمان با طرح گلوله سحرآمیز از سوی‌ ارلیخ بر می‌گردد، قدمت این موضوع گواه محکمی بر جذابیت آن است، اما هنوز تهیه و به کارگیری آن برای آزمایش‌های بالینی یک چالش بزرگ است. این چالش شامل پیدا کردن هدف مناسب برای یک بیماری خاص؛ یافتن دارویی مناسب برای درمان بیماری مورد نظر؛ و پیدا کردن حاملی مناسب برای رسانش دارو به صورت فعال به آن می‌باشد، به شکلی که این حامل از سیستم ایمنی بدن -که مواد خارجی را به سرعت از گردش خون حذف می‌کند- در امان باشد. نانوذرات با پوشش محافظ برای دوری از سیستم ایمنی بدن و لیگاندها برای هدف قرار دادن سلول یا بافت خاص، بسیاری از ویژگی‌های لازم یک گلوله سحرآمیز را برآورده می‌سازند نانوذرات شامل انواع مختلفی از سامانه‌های کلوئیدی با مقیاس زیرمیکرون ( کوچکتر از 1 میکرومتر) هستند، و ممکن است غیرآلی، لیپوزومی یا پلیمری باشند. چندین دهه از اولین مطالعات روی سامانه‌های دارورسانی نانوذره‌ای می‌گذرد، و بسیاری از ویژگی‌های آنها به عنوان حامل‌های دارویی مناسب به خوبی شناخته شده است. یکی از مزیت‌های اصلی نانوذرات، کوچکی اندازه آنها می‌باشد، به طوری که آنها را قادر به عبور از موانع زیستی خاص می‌کند. برتری دیگر چگالی بالای عامل دارویی در آنها است، که می‌توان از آن برای رسیدن به خصوصیات رهایش دارویی متفاوت استفاده نمود. به دلیل وجود انواع مختلف روش‌های تولید نانوذرات، خصوصیات سطحی متفاوتی می‌توان برای نانوذرات ایجاد کرد.
از این طریق ویژگی‌های دیگری نیز مثل اتصال لیگاندهای محافظ برای افزایش مقاومت نانوذرات در برابر سیستم ایمنی بدن و نتیجتاً افزایش حضور آنها در گردش خون، و یا اتصال لیگاندهایی برای متصل شدن نانوذرات به سلول یا بافت هدف، به نانوذرات اضافه می‌شود تومورهای سرطانی مجموعه ای از سلولهای غیرطبیعی‌اند که به سرعت در حال رشد و تکثیر می‌باشند؛ به این دلیل آنها نسبت به سلولهای سالم نیاز بیشتری به مواد غذایی دارند. به عبارت دیگر تبادل مواد در عروق تومورهای سرطانی بیشتر و شدیدتر از عروق بافت‌های سالم است، و این مسئله باعث می‌شود تا در عروق این بافت‌های سرطانی، فواصل بین سلولی بزرگ‌تری به وجود آید، به طوری که حتی نانوذرات هم قادر به عبور از این عروق می‌شوند. همین امر، یعنی عبور نانوذرات از عروق سرطانی و عبور نکردن از عروق سالم، باعث تجمع بیشتر نانوذرات در بافتهای سرطانی می‌شود. برای به حداکثر رساندن تجمع نانوذرات در بافت‌های سرطانی باید آنها را از سیستم ایمنی بدن دور نگه داشت تا توسط آن به سرعت از بدن دفع نشوند، و همچنین اندازه این ناذرات بایستی در حدود 100 نانو متر باشد تا به طور خاص قادر به نفوذ در عروق تومور باشند، ضمن اینکه امکان نفوذ آنها در عروق سالم وجود نداشته باشد. در هشتم فوریه سال 2005، اولین محصول دارورسانی نانوذره‌ای به نام آبراکسان3 -که برپایه نانوذرات آلبومینی و حاوی داروی پاکلیتاکسل4 می‌باشد- را شرکت آبراکسیس اونکولوژی5، که زیرمجموعه شرکای داروساز آمریکا6 می‌باشد، برای درمان سرطان سینه به بازار عرضه کرد. در اواخر سال 2004 خبر احتمال ورود این دارو به بازار، قیمت سهام این شرکت را50 درصد افزایش داد و به شکلی اداره دولتی دارو و غذای آمریکا (FDA)را ناگزیر کرد که سرفصل جدیدی از داروهای درمانی را به وجود آورد. ورود آبراکسان نشان دهنده این امر است که ایده گلوله سحرآمیز در حال تبدیل شدن به واقعیت می‌باشد از سال 1382، بعد از شروع مطالعه و تحقیق در زمینه نانوذرات زیستی در گروه بیوتکنولوژی دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تربیت مدرس و تولید موفقیت آمیز نانوذرات پروتئینی ، طرح‌هایی برای رسیدن به یک سامانه دارورسانی در درمان سرطان برپایه نانوذرات پروتئینی طراحی شده، با کمک استادان و دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری گروه در حال انجام می‌باشد

منابع :

http://www.nano.ir
www.maghaleh.net
nano.irannano.org

نانوکامپوزیت های پلیمری و رسی

نانوکامپوزیت های پلیمری و رسی
نانوکامپوزیت های پلیمری

این گزارش به معرفی اجمالی نانوکامپوزیت های پلیمری می پردازد. سیلیکات های لایه ای تا به امروز بیشترین کاربرد را در ساخت نانوکامپوزیت ها داشته اند اخیرا به شدت از نانولوله های کربنی نیز در ساخت این نانوکامپوزیت ها استفاده می شود. از انواع رزین های مورد استفاده به عنوان زمینه ناوکامپوزیت ها رزین های ترموپلاستیک و ترموست می باشد. در حال حاضر از موضوعات بسیار با درجه اهمیت بالا در تحقیقات مطالعه فصل مشترک فاز تقویت کننده مانند نانولوله ها و فاز زمینه مانند پلیمرها می باشد.مواد و توسعه مواد از پایه‌های تمدن و فرهنگ انسان می‌باشد. بشر حتی دوره‌های تاریخی را با مواد نامگذاری کرده است. مثل عصر سنگی، عصر برنز، عصر آهن، عصر فولاد (انقلاب صنعتی)،‌ عصر سیلیکون و عصر سیلیکا (انقلاب ارتباطات از راه دور) . این نشان می‌دهد که مواد چقدر برای ما اهمیت دارد. ما همواره در کوششیم که از دنیای اطراف خود آگاهی داشته باشیم و آن را بهبود دهیم و ببینیم دنیای ما از چه چیزی ساخته شده است. عصر جدید با شناخت یک ماده مشخص بوجود نخواهد آمد بلکه با بهینه‌کردن و مشارکت‌دادن ترکیبی از چند ماده بوجود خواهد آمد. دنیای نانومواد و هیجانات همراه آن،‌ فرصت‌های استثنایی برای تولید انقلاب در مواد کامپوزیتی بوجود آورده است. کامپوزیت‌های پلیمری به علت خواصی مانند استحکام، سفتی و پایداری حرارتی و ابعادی، چندین سال است که در ساخت هواپیماها به کار می‌رود. با ظهور و به‌کارگرفتن نانوتکنولوژی، کامپوزیت‌های پلیمری بسیار جذاب‌تر خواهند شد.

فرصت‌های نانوکامپوزیت‌های پلیمری

تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی و یا معدنی بسیار مرسوم می‌باشد. برخلاف تقویت‌کننده‌های مرسوم که در مقیاس میکرون می‌باشند، در کامپوزیت‌های نانوساختاری فاز تقویت‌کننده در مقیاس نانومتر می‌باشد. توزیع یکنواخت این نانوذرات در فاز زمینه پلیمری باعث می‌شود فصل مشترک فاز زمینه و فاز تقویت‌کننده در واحد حجم، مساحت بسیار بالایی داشته باشد. برای مثال مساحت فصل مشترک ایجاد شده با توزیع سیلیکات لایه‌ای در پلیمر بیشتر از 700 خواهد بود. علاوه بر این فاصله بین ذرات فاز نانومتری تقویت‌کننده با اندازه ذرات قابل مقایسه خواهد بود. برای مثال برای یک صفحه با ضخامت nm 1 فاصله بین صفحات در حدود 10 نانومتر در فقط 7 درصد حجمی از فاز تقویت‌کننده می‌باشد. این مورفولوژی از ویژگی‌های ابعاد نانومتری می‌باشد. هم از جنبه تجاری و هم از جنبه نظامی، ارزش نانوکامپوزیت‌های پلیمری فقط به خاطر بهبود خواص مکانیکی نمی‌باشد. در کامپوزیت‌ها کارایی مورد نیاز، خواص مکانیکی، هزینه و قابلیت فرآوری از موضوعات بسیار مهم می‌باشد. نانوکامپوزیت‌های پلیمری بر این محدودیت‌ها غلبه کرده است. برای مثال پیشرفت سریع نانوکامپوزیت‌های پلیمر- سیلیکات لایه‌ای را درنظر بگیرید. تلاش‌های ده سال اخیر باعث شده است که مدول کششی و استحکام این کامپوزیت‌ها دوبرابر شود، بدون اینکه مقاومت به ضربه آنها کاهش یابد. مثلاً برای تعداد زیادی رزین‌های ترموپلاستیک مثل نایلون و اولفین و همچنین رزین‌های ترموست مثل اورتان، اپوکسی و سیلوگزان با افزایش مقدار کمی مثلاً 2% حجمی از سیلیکات لایه‌ای می‌توان به این خواص رسید. اخیراً جنرال موتورز و شرکایش مثل Basel و Southarn Clay Products و Black hawk Automotive در قسمت‌های خارجی اتومبیل از نانوکامپوزیت‌های با زمینه اولفین ترموپلاستیک و تقویت‌کننده سیلیکات لایه‌ای استفاده کرده‌اند. یک نانوکامپوزیت اولفینی با 5/2% سیلیکات لایه‌ای بسیار مستحکم‌تر و سبکتر نسبت به ذرات مرسوم تالک که در ساخت کامپوزیت‌‌های مرسوم به کار می‌رود، می‌باشد. باتوجه به نوع قطعه و ماده تقویت‌کننده در یک نانوکامپوزیت اولفینی می‌توان کاهش وزنی درحدود 20% را بدست آورد. علاوه بر این مقدار مواد مصرفی نیز نسبت به کامپوزیت‌های مرسوم کاهش خواهد یافت. این مزایا باعث خواهد شد که تأثیرات مثبتی بر مسائل زیست ‌محیطی و بازیافت آنها داشته باشد. به عنوان مثال گزارش شده است که استفاده از نانوکامپوزیت‌های پلیمری با لایه های سیلیکاتی در صنایع خودرو آمریکا باعث صرفه‌جویی در مصرف 5/1 میلیارد لیتر گازوئیل در طول عمر خودرو تولیدشده در یک سال خواهد شد و درنتیجه چیزی در حدود 10 میلیارد پوند دی‌اکسید کربن کمتر نشر خواهد یافت. باتوجه به گسترده‌بودن پلیمرها و رزین‌ها و همچنین نانومواد تقویت‌کننده و کاربردهای فراوان آنها موضوع نانوکامپوزیت های پلیمری بسیار گسترده می‌باشد. در توسعه مواد چند جزئی چه در مقیاس نانو و یا میکرو سه موضوع مستقل باید مورد توجه قرار گیرد: انتخاب اجزاء، تولید، فرآوری و کارایی در مورد نانوکامپوزیت‌های پلیمری هنوز در اول راه می‌باشیم و باتوجه به کاربرد نهایی آنها زمینه‌های بسیاری برای توسعه آنها وجود دارد. دو روش اساسی تولید این نانوکامپوزیت‌های پلیمری "روش‌های درجا" و روش " ورقه‌ای کردن " Exfoliation) ) می‌باشد. در روش درجا فاز تقویت‌کننده در زمینه پلیمری توسط روش‌های شیمیایی و یا جداسازی فازها تولید می‌شود. زمینه پلیمری به عنوان محلی برای تشکیل این اجزاء می‌باشد. به عنوان مثالی از این روش ها می‌توان تجزیه و یا واکنش شیمیایی مواد پیش‌سازه در زمینه پلیمری را نام برد. در حال حاضر ورقه‌ای‌کردن لایه‌های سیلیکاتی و نانوفایبرها/ نانولوله‌های کربنی توسط صنایع بسیاری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. همچنین مؤسسات دولتی و دانشگاهی بسیاری بر روی این موضوع کار می‌کنند. درباره این موضوع در ادامه صحبت خواهیم کرد.

سیلیکات‌های لایه‌ای

سیلیکات‌های لایه‌ای (آلومینوسیلیکات‌های 2 به 1، فیلوسیلیکات‌ها، رس‌های معدنی و اسمکتیت‌ها) تا به امروز بیشترین کاربرد را در تحقیقات نانوکامپوزیت‌های پلیمری داشته است. سیلیکات‌های لایه‌‌ای ویژگی های ساختاری مانند میکا و تالک دارد و از آلومینوسیلیکات‌های هیدراته تشکیل شده است. در شکل (1 ) ساختار کریستالی آنها را مشاهده می‌کنید. نیزوهای واندروالس در بین لایه‌ها که حامل کاتیون‌ها می‌باشند ( M + ) لایه‌ها را که توسط پیوند کووالانسی به هم متصل‌اند را از هم جدا می‌سازد. این لایه‌ها ضخامتی در حدود 96/0 نانومتر دارند.

نانولوله های کربنی

برخلاف تحقیقات 25 ساله بر روی توزیع سیلیکات‌های لایه‌ای در پلیمرها، تحقیقات در زمینه توزیع نانولوله‌های کربنی در پلیمرها بسیار جدید می‌باشد. نانولوله‌های کربنی در حین افزایش و بهبود خصوصیات فیزیکی و مکانیکی پلیمرها باعث می‌شوند که خواص الکتریکی و گرمایی رزین‌ها نیز بهبود یابد. قطر این نانولوله‌ها می‌تواند از 1 تا 100 نانومتر باشد و نسبت وجهی (طول به قطر) بیشتر از 100 یا حتی 1000 باشد. مانند سیلیکات‌های لایه‌ای ماهیت غیرهمسانگردی این لوله‌ها باعث می‌شود که در کسر حجمی کمی از نانولوله ها رفتار جالبی در این نانوکامپوزیت‌ها پیدا شود. نانولوله‌های کربنی در دو گروه طبقه‌بندی می‌شوند. نانولوله‌های تک‌دیواره و نانولوله‌های چنددیواره. علت علاقه به نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره و تلاش برای جایگزین‌کردن آنها در صنعت براساس محاسبات تئوری و تأییدات آزمایشگاهی بر خصوصیات عالی مکانیکی و رسانایی الکتریکی آنها مانند فلزات می‌باشد. با وجود متغیربودن نتایج آزمایش‌های تعیین مشخصات نانولوله‌های کربنی، تئوری‌ها نشان از عالی‌ بودن خواص نانولوله‌های کربنی دارند. به همین دلیل در چند سال اخیر نانولوله‌های کربنی در تولید و ساخت نانوکامپوزیت‌ها به عنوان فاز تقویت‌کننده به کار رفته‌اند. اگرچه اکثر مطالعات در زمینة نانوکامپوزیت‌های زمینة پلیمری بوده است، تلاش‌هایی نیز در ساخت نانوکامپوزیت‌های فلزی و سرامیکی شده است.در این مقاله سعی بر آن داریم که مروری بر تلاش‌های صورت گرفته در ساخت نانوکامپوزیت‌های تولید شده با استفاده از نانولوله‌های کربنی داشته باشیم و چالش‌های توسعه این نانوکامپوزیت‌ها را معرفی کنیم. رقابت بر روی توسعه روش‌های ساخت با هزینه کم، فرآوری نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره و همچنین پایداری خصوصیات این نانولوله‌ها در حین فرآوری پلیمر- نانولوله، از موانعی هستند که سرعت پیشرفت در تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری پرشده با نانولوله‌های کربنی را محدود کرده‌اند. برعکس در دسترس‌بودن و تجاری‌بودن نانولوله‌های کربنی چنددیواره باعث شده است که پیشرفت‌های بیشتری در این زمینه داشته باشیم. تاحدی که محصولاتی در آستانه تجاری‌شدن تولید شده است. به عنوان مثال از نانولوله‌های کرینی چنددیواره (جایگزین Carbon-black ) در پودرهای رنگ استفاده شده است. استفاده از این نانولوله‌ها باعث می‌شود که رسانایی الکتریکی در مقدار کمی از فاز تقویت‌کننده حاصل شود و کاربرد آنها در پوشش‌دادن قطعات اتومبیل می‌باشد. یکی ازمعایب نانولوله‌های چنددیواره نسبت به تک‌دیواره‌ این است که استحکام‌دهی آنها کمتر می‌باشد زیرا پیوندهای صفحات داخلی ضعیف می‌باشند. در هر حال، درحال حاضر کاربردهایی که باعث استفاده از نانولوله‌ها در تقویت‌دادن پلیمرها می‌شود، بهبود خواص گرمایی و الکتریکی می‌باشد تا بهبود خواص مکانیکی. بنابراین کاربرد نانولوله‌های کربنی چنددیواره بسیار زیاد می‌باشد. از نظر نظامی نیز فراهم‌کردن هدایت الکتریکی، و یا الکتریکی در فیلم‌ها و فایبرهای پلیمری فرصت‌های انقلابی بوجود خواهد آورد. به عنوان مثال از پوسته‌های الکتریکی-مغناطیسی گرفته تا کامپوزیت‌های رسانای گرما و لباس‌های سربازهای آینده.

نانوکامپوزیت‌های با زمینه فلزی و سرامیکی

در مورد نانوکامپوزیت‌های بر پایه نانولوله‌های کربنی بیشترین تمرکز بر روی نانوکامپوزیت‌های با زمینه پلیمری بوده است. با این حال خواص منحصربه فرد نانولوله‌ها در سرامیک‌ها نیز می‌تواند به کار گرفته شود. سرامیک‌ها دارای سفتی و پایداری حرارتی بسیار بالا و چگالی پایین می‌باشند. یکی از مشکلات سرامیک‌ها در به‌کارگیری به عنوان اجزای سازه‌ای، ترد بودن آنها می‌باشد. بنابراین به نظر می‌رسد که نانولوله‌های کربنی بتوانند در افزایش چقرمگی سرامیک‌ها مؤثر باشند. ترکیب نانولوله‌های کربنی با سرامیک‌ها پتانسیل تولید موادی با مقاومت گرمایی، چقرمگی و مقاومت به خزش بالا را دارد. با استفاده از ذرات SiC و %10 وزنی نانولولة کربنی و استفاده از پرس در دمای بالا، نانوکامپوزیت‌هایی را تولید کرده‌اند که گزارش شده است این کامپوزیت‌ها‌ بهبودی10 درصدی در استحکام و چقرمگی شکست آن داشته‌اند. محققان دیگری نیز تکنیک‌هایی را برای ساخت نانولوله‌های کربنی به صورت درجا به هدف تولید پودرهای کامپوزیتی (نانولوله‌های کربنی/ اکسید فلزات) توسعه داده‌اند. سپس این پودرها به منظور تولید یک قطعه کامپوزیتی در دمای بالا فشرده شده‌اند. گروهی دیگر از محققان نیز از روش‌های الکترولیز برای تولید نانوکامپوزیت‌های با زمینه فلزی توسط نانولوله‌های کربنی استفاده کرده‌اند. این بررسی‌ها بهبود اندکی را در هدایت الکتریکی آلومینیوم با افزایش درصد حجمی نانولوله نشان می‌دهد. خواص مکانیکی و فیزیکی عالی نانولوله‌های کربنی، به همراه چگالی پایین آنها، کربن را به عنوان یک کاندیدای عالی برای استحکام‌دهی به کامپوزیت‌ها معرفی کرده است. درک کامل از رفتار حرارتی- مکانیکی نانوکامپوزیت‌های ساخته‌شده با نانولوله‌های کربنی، نیاز به آشنایی با رفتار الاستیک و خصوصیات شکست نانولوله‌های کربنی و همچنین فصل مشترک ماده در زمینه با نانولوله دارد. با این حال این نیازها در کامپوزیت‌های رایج نیز احساس می‌شود؛ فقط در حال حاضر ابعاد فاز تقویت‌کننده از میکرومتر به سمت نانومتر کاهش یافته است. همچنین با کاهش‌یافتن ابعاد، چالش‌هایی در فرآوری این کامپوزیت‌ها، تعیین مشخصات، اندازه‌گیری رفتار الاستیک و شکست آنها نیز وجود دارد. تحقیقات اولیه، پتانسیل بالای نانولوله‌ها را در تقویت‌کردن مواد نشان می‌دهد ولی مطالعات بنیادی برای رفع چالش‌های ذکرشده بسیار مهم می‌باشد.

چالش‌ها

در نانوکامپوزیت‌های پلیمری هدف نهایی، توزیع یکنواخت فاز تقویت‌کننده نانومتری می‌باشد. اساساً 4 روش برای تولید نانوکامپوزیت‌های یکنواخت وجود دارد: فرآوری محلولی، پلیمریزاسیون درجا، فرآوری مزوفازها و فرآوری مذاب. تحقیقات بسیاری در مورد این فرآیندها برای بررسی پارامترهای کنترل‌کننده مورفولوژی نانوکامپوزیت‌ حاصله با این روش‌ها وجود دارد. عملگری سطحی و عناصر نانویی به‌کاررفته در پلیمرها باید به گونه‌ای باشد که نرخ پلیمریزاسیون و محل شروع پلیمریزاسیون قابل کنترل باشد. زیرا درحین پلیمریزاسیون ممکن است عناصر نانویی تقویت‌کننده آگلومره شوند. نقطه کلیدی در تمام این فرآیندها مهندسی فصل مشترک بین پلیمر و نانوذره می‌باشد. برای این فرآیندها عموماً از سورفکتانت‌ها استفاده می‌شود. برای مثال از مولکول‌هایی که بصورت یونی با سطح نانوذرات پیوند داشته باشند (در سیلیکات‌های لایه‌ای) استفاده می‌شود و درمورد نانولوله‌های کربنی از پلیمرهایی که بصورت فیزیکی به آنها متصل می‌شوند استفاده می‌شود. این بهسازی‌های سطحی باعث می‌شوند که عکس‌العمل بین فصل مشترک‌ها بهبود یابد. بیشترین تلاش‌ها در حال حاضر بر روی بهسازهایی شده است که باعث می‌‌شود توزیع نانوذرات تسهیل یافته و بصورت یکنواخت توزیع شوند. در حال حاضر موضوعات با درجه بالای اهمیت در تحقیقات عبارتند از: درک دقیق و عمیق از منطقه فصل مشترک‌ فاز تقویت‌کننده و پلیمر، وابستگی خصوصیات فصل مشترک به شیمی سطح نانوذره، آرایش اجزاء و ارتباط بین منطقه فصل مشترک و خصوصیات نانوکامپوزیت‌ها. همچنین درک کلی از ارتباط مورفولوژی و خصوصیات حاصله در رفتار مکانیکی، گرمایی و مقاومتی بسیار کم می‌باشد.

نانوکامپوزیت‌های برپایه رس

مطالعه مواد مخلوط برپایه ترکیبات غیرآلی و لایه‌ای، مانند رس، از مدت‌ها پیش شروع شده است. اما با شناخته‌شدن خواص استثنایی این نانوکامپوزیت‌ها مطالعه آنها مجدداً جان تازه‌ای گرفته است. متغیرهای مهم و تأثیرگذار بر خواص این نانوکامپوزیت‌ها عبارتند از: نوع رس، انتخاب نوع عملیات اولیه بر روی رس، انتخاب پلی‌مر و روش به کاربردن پلیمر در ساخت نانوکامپوزیت‌. فاکتور آخری متأثر از فرآیند ساخت و با توجه به نوع کاربری استفاده‌کننده می‌باشد.

رس و بهینه ‌سازی آن

رس‌های معمولی مواد معدنی طبیعی می‌باشند که به خاطر طبیعی‌بودنشان ترکیب آنها متغیر می‌باشد. خلوص رس می‌تواند بر روی خصوصیات نهایی نانوکامپوزیت‌ تأثیرگذار باشد. اغلب رس‌ها آلومینوسیلیکات می‌باشند که ساختاری ورقه‌ای دارند و ساختار آنها حاصل از اتصال SiO 4 و AlO 6 به صورت‌های مختلف می‌باشد. چنانچه نسبت SiO 4 به AlO 6 2 به 1 باشد، رس‌های اسمکتیت حاصل می‌شود که رایج‌ترین نوع رس بوده و مونت‌موریلونیت نامیده می‌شود. فلزات دیگری مانند منیزیم نیز می‌تواند جایگزین آلومینیوم شود. با توجه به ترکیب شیمیایی رس، سطح و لبه‌ها باردار می‌شود. این بار با یون‌های داخلی رس بالانس می‌شود. ضخامت این لایه‌ها (صفحات) در حدود یک نانومتر می‌باشد و نسبت وجهی (Aspect ratio) بسیار بالایی دارند که عمدتاً در محدودة 100 تا 1500 می‌باشد. این صفحات رسی عمدتاً به صورت توده ‌ای می‌باشند. باید توجه داشته باشیم که وزن مولکولی این صفحات نسبت به پلیمرها بسیار بیشتر می‌باشد. علاوه بر این، این صفحات صلب نمی‌باشند بلکه مقداری انعطاف‌ دارند. این رس‌ها عمدتاً مساحت سطحی بالایی دارند(بیشتر از صدها مترمربع بر گرم). یکی دیگر از مشخصات این رس‌ها ظرفیت تبادل یونی آنها (مثلا کاتیون) می‌باشد که در محدودة وسیعی تغییر می‌کند. یکی از منتجات بارداربودن رس‌ها ماهیت "هیدروفیلیک‌بودن" آنها می‌باشد که باعث می‌شود با بسیاری از پلیمرها ناسازگار باشد. یک پیش‌نیاز مهم برای ساخت موفق نانوکامپوزیت‌های پلیمر- رس تغییر قطبیت رس می‌باشد. بصورتی که "ارگانوفیلیک" شوند. یک رس ارگانوفیلیک از رس هیدروفیلیک به این صورت تهیه می‌شود که تبادل یونی با یک کاتیون آلی مثل یون آلکیل آمونیوم انجام می‌شود. برای مثال در مونت‌موریلونیت یون‌های سدیم در رس می‌توانند با یک آمینواسید مثل 12-آمینودودکانوئیک (ADA) جایگزین شوند.
Na + - Clay+HO 2 C-R-NH 3 + Cl - HO 2 C-R-NH 3 + -Clay +NaCl
روشی که این عمل انجام می‌شود، تأثیر بسیار مهمی بر تشکیل نانوکامپوزیت‌های ذره‌ای دارد. در مورد این موضوع بحث خواهد شد. همچنین عملیات اولیه بر روی رس توسط مواد آلی بر قیمت رس می‌افزاید. این رس‌ها عمدتاً ارزان بوده و محدودیتی برای تهیه آنها وجود ندارد. مونت‌موریلونیت رایج‌ترین نوع رس برای ساخت نانوکامپوزیت‌ها می‌باشد. با این‌حال از انواع دیگر رس می‌توان برای ساخت نانوکامپوزیت‌ استفاده کرد. این موضوع بستگی به خصوصیات نهایی مورد نظر از محصول دارد. این رس‌ها عبارتند از هکتوریت‌ها (سیلیکات‌های منیزیمی) که از صفحات بسیار کوچکی تشکیل می‌شود. و رس‌های مصنوعی مثل هیدروتالسیت‌ها که می‌تواند بصورت بسیار خالص تهیه شود و از صفحات بسیار کوچکی تشکیل می‌شود. صفحات این نوع رس می‌تواند بار مثبت داشته باشند. در حالی که مونت‌موریلونیت‌ها حامل بار منفی می‌باشند.

فرآوری نانوکامپوزیت‌های رسی

انتخاب روش‌ ساخت نانوکامپوزیت‌ بستگی به نوع مخلوط مورد نیاز دارد. رس می‌تواند بصورت "مجتمع" توزیع شود و یا بصورت "ورقه‌ای" توزیع شود (شکل(1)). در حالت اول مادة آلی بین لایه‌های رس نفوذ می‌کند ولی فاصله آنها فقط مقدار کمی افزایش می‌یابد و همچنان به موازات هم باقی خواهند ماند. در حالت ورقه‌ای لایه‌های رسی کاملاً از هم جدا شده و تک‌لایه‌ها در ماتریس ماده آلی توزیع می‌شوند. در حالت دیگر ذرات رس (tactoids) می‌توانند در ماتریس پلیمری توزیع شوند ولی در این حالت فقط نقش پرکننده را بازی می‌کنند.

فاکتورهای مؤثر بر مخلوط رس- ماده آلی

در سال‌های اخیر مطالعات فراوانی بر روی پارامترهای کنترل‌کننده ساختار ورقه‌ای و یا مجتمع‌ لایه‌های رسی از مخلوط رس - ماده آلی انجام شده است. باتوجه به اینکه نانوکامپوزیت‌های رسی می‌توانند بر روی خواص متعددی بهبود داشته باشند، مطالعه فاکتورهای ورقه‌‌ای‌شدن رس بسیار مهم می‌باشد. این فاکتورها عبارتند از ظرفیت تبادل یونی رس، قطبیت محیط واکنش و ماهیت شیمیایی کاتیون‌های بین لایه‌ای (مثل یون‌های اونیم). با بهسازی قطبیت سطحی رس‌ها،‌یون‌های اونیم اجازه نفوذ پلیمرها را به منطقه بین لایه‌های رس‌ها می‌دهد. توانایی یون‌های اونیم برای کمک‌کردن به ورقه‌ای‌شدن رس بسیار مهم می‌باشد. برای رس‌هایی که حامل بار مثبت می‌باشند،‌ مثل هیدروتالسیت، به جای بهسازی با نمک اونیم از یک سورفکتانت آنیونی ارزان‌تر استفاده می‌شود. از روش‌های دیگر بهسازی رس نیز می‌توان استفاده کرد که بستگی به نوع پلیمر دارد. مثل عکس‌العمل یون- دوقطبی، عامل‌های کوپل‌کننده سیلان و به‌کاربردن بلاک کوپلیمرها. به عنوان مثالی از عکس‌العمل‌ یون – دوقطبی می‌توان تجمع مولکول‌های کوچک مثل دودسیل پیرولیدون را در رس نام برد. جابجایی این مولکول‌های پلیمری براساس تفاوت آنتروپی می‌باشد. از واکنش‌های غیرمطلوب لبه‌های رس با پلیمرها توسط عامل‌های کوپل‌کننده سیلانی جلوگیری می‌شود. علاوه براین می‌توان از رس‌های بهسازی‌شده با یون‌های اونیوم استتفاده کرد. یک روش دیگر برای سازگارکردن رس‌ها با پلیمرها توسط TNO ارائه شده است. در این روش از کوپلیمرهای graft و یا block استفاده می‌شود. یک جزء این کوپلیمرها با رس سازگار می‌باشد و جزء دیگر با ماتریس پلیمری. مثالی از این موضوع در شکل زیر آورده شده است (شکل (2)). با استفاده از این روش می‌توان به درجه ورقه‌ای‌شدن بالایی رسید.

پلیمر

انتخاب صحیح رس بهسازی‌شده برای نفوذ موثر پلیمر، بین لایه‌های رس بسیار ضروری می‌باشد. درحقیقت توسعه مواد شیمیایی سازگارکننده رس‌ها، بدون شک کلید توسعه این نانوکامپوزیت‌ها می‌باشد. برای ماتریس این نانوکامپوزیت‌ها می‌توان از پلیمرها و یا منومرها استفاده کرد. در مورد دومی بصورت درجا عمل پلیمریزاسیون انجام می‌شود و نانوکامپوزیت‌ رس- پلیمر تشکیل می‌شود. تا به امروز موفق‌ترین روش برای ساخت نانوکامپوزیت‌ها روش اولی می‌باشد. اگرچه ممکن است کارایی آنها را محدود کند. پلیمرها را می‌توان بصورت مخلوط‌کردن در مذاب: برای مثال اکسترودکردن و یا بصورت حل‌کردن، به رس‌ها اضافه کرد. مخلوط‌کردن در مذاب نیاز به نیروی برشی برای ورقه‌ای‌شدن رس دارد و تأثیر آن در تولید نانوکامپوزیت ورقه‌ای نسبت به پلیمریزاسیون درجا بسیار کمتر می‌باشد. از هردو نوع پلیمرهای ترموپلاستیک و ترموست می‌توان برای ساخت نانوکامپوزیت‌ها استفاده کرد. مثل • نایلون‌ها
• پلی‌اولفین‌ها مثل پلی‌پروپیلن‌
• پلی‌استیرن
• کوپلیمرهای اتیلن- وینیل استات (EVA)
• رزین‌های اپوکسی
• پلی‌اورتان
• پلی‌ایمیدها
• پلی‌ (اتیلن‌ ترفئالات) (PET)

نانوکامپوزیت‌های رس- نایلون

اولین مثالی که به روش پلیمریزاسیون درجا و توسط تویوتا استفاده شد،‌ ساخت نانوکامپوزیت‌های رس- نایلون می‌باشد و این سیستم احتمالاً بیشتر از بقیه مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان مثال رس بهسازی‌‌شده با ADA در منومر کاپرولاکتام توزیع می‌شود. سپس پلیمریزاسیون انجام می‌شود و مخلوط نایلون -6- رس کامپوزیتی را بصورت ورقه‌ای تشکیل می‌دهد. ورقه‌ای‌شدن کامل هنگامی اتفاق می‌افتد که منومرها به داخل رس نفوذ کنند. در این نانوکامپوزیت‌ها غلظت رس بسیار کم می‌باشد. زیرا غلظت بالای رس باعث افزایش ویسکوزیته سیستم می‌شود و فرآوری آن مشکل خواهد بود. از نایلون‌ها و کوپلی‌آمیدهای دیگری نیز در ساخت نانوکامپوزیت‌های رسی استفاده شده است. مثلاً گروه‌های هیدروکسیل در رس‌های بهسازی‌شده با اونیم‌ها باعث بهبود سازگاری نایلون می‌شود. این موضوع به علت باندهای هیدروژنی می‌باشد. که باعث بهبود خواص نانوکامپوزیت‌ می‌شود. برای سیستم‌های پلیمری دیگر بهسازی با عوامل دیگری انجام می‌شود. مثلاً در مورد کوپلیمرهای اتیلن- وینیل الکل (EVOH) یون‌های آمونیوم 4 تایی هیدروکسیله‌شده سازگاری بین رس و EVOH را بهبود می‌دهد. در نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن (PP) ،‌از پلی‌پروپیلن graft شده با مالئیک انهیدرید به عنوان سازگارکننده استفاده می‌شود. آغازگرهای پلیمریزاسیون می‌تواند از طریق تبادل یون به رس متصل شود.
ترموپلاستیک‌های دمابالا در نانوکامپوزیت‌ها
برای تهیه نانوکامپوزیت‌ها از ترموپلاستیک‌های دمابالا در استفاده از بهسازهای اونیومی محدودیت وجود دارد. زیرا آلکیل‌ آمونیوم‌ها در حین فرآوری پایداری لازم را ندارند. برای حل این مشکل می‌توان به جای نمک‌های آمونیومی از نمک های ایمیدازولیم همان‌طور که در شکل (3) نشان داده شده است، استفاده کرد. یک جایگزین دیگر به‌کاربردن نمک فسفونیوم به جای نمک‌های آمونیوم می‌باشد، که می‌تواند منجر به پایداری رس- الی از دماهای C ْ300- 200 به بالاتر از C ْ300 شود. با استفاده از این روش‌ها شرکت Triton Systems موفق به تولید نانوکامپوزیت‌ها با رزین‌هایی مثل پلی‌اترایمیدها (PEI) شده است.

آینده نانوکامپوزیت‌های رسی

از اهداف آینده مورد نظر می‌‌توان به توسعه سیستم‌های پلیمری موجود در این نانوکامپوزیت‌ها و همچنین توسعه مواد سازگارکننده، اشاره کرد. توسعه نانوکامپوزیت‌های بر پایه PVC و PET نیز از موضوعات مورد تحقیق می‌باشد. تقویت نانوکامپوزیت‌های رسی با فایبرگلاس اخیراً مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین در رساناکردن نانوکامپوزیت‌های رسی علاقه فراوانی وجود دارد

رآکتور هسته ای و کارکرد آن

رآکتور هسته ای و کارکرد آن

واکنشگاه هسته‌ای یا «رآکتور اتمی» دستگاهی برای انجام دادن واکنشهای هسته‌ای به صورت تنظیم شده و تحت نظارت است. این دستگاه در اندازه‌های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همین طور پرتو - داروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی؛ و در اندازه‌های صنعتی برای تولید برق ساخته می‌شود. واکنشهای هسته‌ای به دو صورت «شکافت» و «همجوشی»، بسته به نوع مواد پرتوزای استفاده شده، انجام می گیرد.
واکنشگاه ها - بسته به اینکه چه نوع کاربردی داشته باشند - از یکی از این دو نوع واکنش بهره می‌گیرند. در واکنشگاه، دو میله ماده پرتوزا - یکی به‌ عنوان سوخت و دیگری به ‌عنوان آغازگر – به کار می‌رود. میزان این دو ماده - بسته به نوع واکنش و اندازه واکنشگاه و نوع فراورده نهایی - بدقت محاسبه و بررسی می‌شود. در واکنشگاه هسته‌ای، همیشه دو عنصر پرتوزا به یک یا چند عنصر پرتوزای دیگر تبدیل می‌شوند که این عناصر به دست آمده یا مورد مصرف صنعتی یا پزشکی دارند یا به صورت پسماند هسته‌ای نابود می‌شوند.
حاصل این فرایند مقادیر زیادی انرژی است که به صورت امواج اتمی و الکترومغناطیس آزاد می‌شود. این امواج شامل ذرات نوترینو، آلفا، بتا، پرتو گاما، امواج نوری، فروسرخ، است که باید به طور کامل بررسی شوند. امواج آلفا و بتا و گامای تولیدی از واکنش هسته‌ای به ‌عنوان محرک برای ایجاد واکنشهای هسته‌ای دیگر، در رآکتورهای مجاور، برای تولید ایزوتوپهای ویژه به کار می رود.
انرژی گرمایشی حاصل از این واکنش و تبدیل این عناصر پرتوزا در واکنشگاه‌های صنعتی برای تولید بخار آب و تولید برق به کار می‌رود. برای نمونه، انرژی حاصل از واکنش یک گرم اورانیوم معادل انرژی گرمایشی یک میلیون لیتر نفت خام است. قابل تصور است که این میزان انرژی با توجه به سطح پایداری ماده پرتوزا در واکنشهای هسته‌ای تا چه میزان مقرون به صرفه خواهد بود.
با این حال، مشکلات استخراج و آماده سازی و نگهداری و ترابری مواد پرتوزای به کار رفته در واکنشگاه‌های تولید برق و دشواریهای زیست بومی که این واکنشگاهها ایجاد می‌کنند باعث افزایش نیافتن گرایش بشر به تولید برق از طریق این انرژی شده است. باید توجه داشت که میزان تابش در اطراف واکنشگاه‌های هسته‌ای به اندازه‌ای بالاست که امکان زیست برای موجودات زنده در پیرامون واکنشگاه‌ها وجود ندارد. به همین علت، برای هر یک از رآکتورهای هسته‌ای پوششهای بسیار ضخیمی از بتون همراه با فلزات سنگین برای جلوگیری از نشت امواج الکترومغناطیس به بیرون ساخته می‌شود.
مشکلاتی که نشت مواد پرتوزا از واکنشگاه نیروگاه اتمی «چرنوبیل» در دهه ۸۰ میلادی به وجود آورد خود گواهی بر این مدعاست.

کاربرد تابشهای پرتوزا

بسیاری از محصولات تولیدی واکنش شکافت هسته‌ای بشدت ناپایدارند و در نتیجه، قلب رآکتور محتوی مقادیر زیادی نوترون پرانرژی، پرتوهای گاما، ذرات بتا، همچنین ذرات دیگر است. هر جسمی که در رآکتور گذاشته شود تحت مباران این همه تابشهای متنوع قرار می‌گیرد.
یکی از موارد استعمال تابش رآکتور تولید پلوتونیوم ۲۳۹ است . این ایزوتوپ نیمه عمری در حدود ۲۴۰۰۰ سال دارد و به مقدار کمی در زمین یافت می‌شود. پلوتونیوم ۲۳۹ از لحاظ کارایی شکافت خاصیتی مشابه اورانیوم دارد. برای تولید پلوتونیوم ۲۳۹، ابتدا اورانیوم ۲۳۸ را در قلب رآکتور قرار می‌‌دهند که در نتیجه واکنشهایی که صورت می‌‌گیرد اورانیوم ۲۳۹ به وجود می‌‌آید. اورانیوم ۲۳۹ ایزوتوپی ناپایدار است که با نیمه عمری در حدود ۲۴ دقیقه، از طریق گسیل ذره بتا، به نپتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. نپتونیوم ۲۳۹ نیز با نیمه عمر ۲/۴ روز و گسیل ذره بتا واپاشیده و به محصول نهایی یعنی پلوتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. در این حالت، پلوتونیوم ۲۳۹ همچنان با مقادیری اورانیوم ۲۳۸ آمیخته است؛ اما این آمیزه چون از دو عنصر مختلف تشکیل شده است، بروش شیمیایی مناسب جدا سازی است.
امروزه، با استفاده از تابش رآکتور، صدها ایزوتوپ مفید می‌توان تولید کرد که بسیاری از این ایزوتو‌های مصنوعی را در پزشکی به کار می برند. آثار زیانبار انفجارهای اتمی و پرتوهای ناشی از آن باعث آلودگی آبهای زیرزمینی و زمینهای کشاورزی و حتی محصولات کشاورزی می‌شود؛ ولی با همه این مضرات، اورانیوم عنصری است ارزشمند، زیرا در کنار همه سوءاستفاده‌ها می‌‌توان از آن به بهترین نحو و مطابق با معیارهای بشردوستانه استفاده کرد. فراموش نکنید که از اورانیوم و پلوتونیوم می‌‌توان استفاده‌های صلح آمیز نیز داشت؛ زیرا از انرژی یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ می‌‌توان چهل هزار کیلووات ساعت الکتریسیته تولید کرد که معادل مصرف ده تن زغال سنگ یا ۵۰۰۰۰ گالن نفت است.

آشنایی با اجزای رآکتورهای هسته ای

در حالى که تولید انرژى با استفاده از سوختهاى فسیلى در جهان روز بروز گرانتر مى شود، برق هسته اى که در نیروگاههاى هسته اى و با استفاده از واکنش شکافت هسته اى تولید مى شود منبع بسیار خوبى براى تولید انرژى و جایگزینى آن با برق فسیلى به شمار مى رود. تولید برق به روش هسته اى - ضمن آنکه پایان ناپذیر است - گازهاى گلخانه اى هم تولید نمى کند. تنها مشکل آن زباله هاى هسته اى است که در صورتى که از آنها درست محافظت کنیم، عملاً هیچ ضررى براى محیط زیست ندارد.

رآکتورهاى شکافت:

بر اثر شکافت هسته هاى سنگین مثل اورانیوم و تبدیل آن به هسته هاى سبکتر و پرتوهای آلفا یا بتا و نوترون، مقدارى انرژى جنبشى هم آزاد مى شود. اگر جرم محصولات شکافت را از جرم ماده ابتدایی کم کنیم، مقدار ناچیزى باقى مى ماند. این مقدار ناچیز طبق معادله معروف «اینشتین»، E=mc2، تبدیل به انرژى جنبشى مى شود. گرماى تولید شده با شکافت در قلب رآکتور با میله هایى تنظیم مى شود. نوترونها تحریک کننده شکافت اند.
با قرار دادن جذب کننده هاى نوترونى بین اورانیوم مى توان میزان فرایند شکافت و سرعت آن و در نتیجه شدت گرماى تولیدشده را مهار کرد. گرماى حاصل با آب به بیرون از رآکتور منتقل مى شود. دماى آب درون چرخه تحت فشار گاهى به چندین برابر نقطه جوش مى رسد. در بیرون از رآکتور، این گرما آب موجود در منبع دیگر را بخار مى کند و بخار آب تولید شده با انرژى زیادى که دارد توربینهاى بخار را به حرکت در مى آورد و برق تولید مى شود.

قلب رآکتور:

فرایند شکافت معمولاً نوترونهاى سریع تولید مى کند؛ اما براى اینکه هسته اورانیوم شکافته شود، به نوترون کند نیاز است. براى این کار، از کندکننده هاى نوترونى استفاده مى شود. گرافیت و آب سنگین توان این کار را دارند.

واکنش زنجیره اى:

هر نوترون کند اورانیوم را مى شکافد؛ حاصل علاوه بر هسته هاى کوچکتر تعدادى نوترون است که خود هسته هاى اورانیوم دیگر را مى شکافد. به این فرایند واکنش زنجیره اى مى گویند که اساس کار رآکتور است.

نخستین رآکتورهاى هسته اى:

فرمى و زیلارد نخستین کسانى بودند که توانستند واکنش زنجیره اى کاملی را در رآکتوری هسته اى انجام دهند. آنها در دهه ۱۹۴۰ که روى طرح ساخت بمب هسته اى براى ایالات متحده (منهتن) کار مى کردند در دانشگاه شیکاگو و در آزمایشگاهشان این کار را انجام دادند؛ اما در سال ۱۹۵۵ که اندیشه اقتصادى شدن انرژى هسته اى رواج یافت، آنها این کشف را در اداره اختراعات و اکتشافات ایالات متحده ثبت کردند.

انواع رآکتورها:

رآکتورها از لحاظ سرعت عملشان به دو دسته تقسیم مى شوند:
1 ـ رآکتورهاى گرمایى؛ که سرعت کمى دارند و فرایند شکافت و تولید گرما در آنها به آرامى انجام مى شود. بیشتر این رآکتورها استفاده صلح آمیز دارند.
۲- رآکتورهاى سریع: هدف اصلى این رآکتورها تولید سوخت لازم براى سلاحهاى هسته اى است. پلوتونیوم و اورانیوم ۲۳۵ از محصولات این رآکتورهاست

راکتورهای هسته ای

مقدمه:

شکافت هسته ای اتم اورانیم 235 در واقع در اثر نفوذ یک نوترون حرارتی به درون هسته یک اتم سنگین است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته های جدید و سبکتر می گردد. در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط 2-3 نوترون ایجاد شده و مقداری انرژی تابشی گاما آزاد می گردد. انرژی سینتیک محصولات شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طریق برخورد و جذب پرتو به تولید گرما منجر خواهد شد. انرژی آزاد شده از هر شکافت حدود 11-10*3.2 ژول است در حالیکه تولید انرژی از منابع متعارف سوخت فسیلی که حاصل تشکیل یک مولکول دی اکسید کربن هست حدود
19-10*6.7 می باشد.
نوکلوییدهای غیر قابل شکافت هم در طی فرآیندهای بالا با دریافت و یا برخورد با یک نوترون با ایزوتوپ هایی به تعداد نوترون بالاتر تبدیل خواهد شد. بدین ترتیب رادیونوکلوئید های جدیدی خواهیم داشت که درمیان آنها پاره های شکافت مواد شکافت پذیر جدیدی مثل اورانیم235، پلوتونیم 239 وجود داشته و پلوتونیم 241 نیز به طور مصنوعی می تواند زایش پیدا کند.
این فرآیندهای فیزیکی در راکتورهای هسته ای اتفاق می افتد. درون میله های سوخت فرآیندهای شکافت و زایش در اثر واکنش زنجیره ای صورت می گیرد و واکنش با تولید نوترون به طور دائم ادامه می یابد.
راکتورهای هسته برای اهداف فراوانی طراحی و ساخته می شوند که بعضی از آنها عبارتند از:
- راکتورهای تولید حرارت و برق
- راکتورهای کِشنده
- راکتورهای تحقیقاتی
- راکتورهای تولید پلوتونیم
- راکتورهای اختصاصی برای مقاصدی همچون ساخت زیردریایی، فضا پیما، آب شیرین کن و...
ساختار عمومی راکتورهای هسته ای:
بخش مرکزی راکتور هسته ای جدا از آزمایشگاه ها، بخش های جانبی و خدماتی آن از یک ساختمان ویژه ای تشکیل شده است که ویژگی آن نه فقط به دلیل جادادن وسایل خاص راکتور، بلکه به لحاظ استحکام، ویژگی مصالح ساختمانی، ایزوله یا منزوی بودن از محیط زیست، مقاومت در مقابل زلزله، خوردگی و دسترسی به سرویس های مخصوص کاملاً استثنایی است.
یک راکتور هسته ای جدا از سازه های ساختمانی به طور کلی از قسمت های زیر تشکیل شده است:
1 ـ مجموعه های سوخت
2 ـ کند کننده ها
3 ـ خنک کننده ها
4 ـ سیستم های ایمنی
5 ـ میله های کنترل
6 ـ حفاظ های مختلف
در اینجا به بحث مختصری درباره ی هرکدام از این قسمت ها پرداخته می شود:
1 ـ مجموعه های سوخت
سوخت یک راکتور هسته ای را ممکن است شامل آنچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت. به عبارت واقعی تر سوخت راکتور در چندین مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندین میله سوخت و هر میله شامل تعداد معینی از قرص ها یا حبه های مواد شکافت پذیر هسته ای مثل اورانیم و یا در بعضی موارد پلوتونیم می باشد. میله های سوخت در راکتور به صورت صفحه ای(Plate) و غنای اورانیم 235 تا 95 درصد می رسد. هرمیله ی سوخت از غلاف زیر کالوی و شامل قطعاتی از قرص های دی اکسید اورانیم است. زیر کالوی 2 تا 4 یک آلیاژ زیر ******یم با عیار کمی از قلع، آهن، کرم و نیکل است؛ میله های سوخت ممکن است به صورت انفرادی در جاهای مخصوص خود گذاشته شود و یا ممکن است به صورت مجموعه های سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگیرند.
سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهای قدرت به طور اصولی یا از عناصری شامل اتم های قابل شکافت تامین می شوند و یا از اتم های ایزوتروپ عناصری که قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت را دارند بنابراین اتم های قابل شکافت عبارتند از:

اورانیم 235 ، پلوتونیم 239 و اورانیم 233

اتم های مستعد با قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت عبارتند از: اورانیم 238 و توریم 232
سوخت راکتورها از نظر فرآیندهای استفاده در راکتورها بر اساس استراتژی کشور ممکن است به یکی از سه روش زیر عمل گردد:
• یکبار استفاده از اورانیم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن همیشگی آن
• استفاده چندباره از اورانیم و برقراری سیکل اورانیم-پلوتونیم با اعمال عملیات باز فرآوری روی آن
• استفاده از سیکل اورانیم-توریم به این معنی که توریم 232 ابتدا تبدیل به اورانیم 233 می شود و سپس این اورانیم به عنوان سوخت در راکتورها مورد استفاه قرار می گیرد.

2 ـ کند کننده ها

کند کننده ماده ای است که برای کند کردن نوترون های سریع تا انرژی های حرارتی در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی اوقات همین کندکننده ها عمل سرد کنندگی راکتور را هم انجام می دهد. موادی که می توانند به عنوان کننده مورد استفاده قرارگیرند عبارتند از: آب، آب سنگین، گرافیت و گاهی اوقات هم بریلیوم آب به دلیل داشتن هیدروژن که عنصری سبک است و نیز فراوانی و ارزانی آن مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی هرچه ماده کندکننده دارای قابلیت کندکنندگی بهتری برای نوترون ها باشد درجه کمتری از سوخت غنی شده مورد نیاز خواهد بود. آب سنگین بهتر از گرانیت و گرانیت بهتر از آب دارای خاصیت کندکنندگی است، ولی تولید آب سنگین نسبتاً گران است و گرانیت هم تاثیرات نامطلوبی در نتیجه در نتیجه پرتوگیری از خود بروز می دهد.
مشخصات یک کند کننده خوب:• نوترون ها نباید با کندکننده واکنش نشان دهد، چون در اینصورت بازدهی تولید نوترون کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی می رود.
• نوترون ها باید در محیط کندکننده ها در فاصله های کوتاهی پس از چند برخود کند شوند زیرا در غیر اینصورت، نوترون توسط اورانیم 238 گیر افتاده و موجب تشدید ناخالصی های کند کننده می شود که این وضعیت اقتصادی نیست.
• گرچه کند کننده ها باید ارزان باشند ولی در عین حال خواص ساختاری آنها باید رضایت بخش هم باشد.
• کندکننده باید با سایر مواد ساختاری راکتور سازگار باشد و نباید خواص خورندگی، سایندگی و یا تحت تاثیر پرتوهای رادیواکتیو قرار گیرد.
• کندکننده طی فرآیند دائمی بمباران های نوترونی نباید تحت تاثیرات و تغییرات نامطلوب فیزیکی یا شیمیایی قرار گیرد.
• یک کند کننده خوب باید به طور مؤثر نوترون های سریع حاصل از شکافت را به نوترون های حرارتی تبدیل کند.

3 ـ خنک کننده ها:

خنک کننده برای انتقال حرارت از میله های سوخت به طور مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. این فقط در صورتی است که خنک کننده نقش کند کننده هم داشته باشد. در مواردی که ماده کند کننده دیگری مورد استفاده است در این صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک کننده مستقیماً از کندکننده و غیر مستقیم یا در بعضی موارد مستقیم از میله های سوخت انجام می پذیرد. اکثراً آب به عنوان سرد کننده مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال گاهی اوقات آب سنگین، فلزات مایع(سدیم و پتاسیم) یا حتی گازها(دی اکسیدکربن) هم ممکن است مورد استفاده واقع شوند. امروزه در اکثر راکتورهای تجاری آب به عنوان سردکننده مورد استفاده قرار می گیرد. در اینصورت آب علاوه بر نقش سرد کنندگی وظیفه کند کنندگی را نیز انجام می دهد.
خواص ایده آل برای یک خنک کننده:• سطح مقطع جذب نوترونی کوچکی داشته باشد، در این صورت میزان تابش رادیواکتیویته در حین کارگردانی اپراتوری کاهش می یابد.
• فراوان و ارزان باشد.
• غیرخورنده یا خوردگی کمی داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهای دیگر که با آن در تماس هستند باید سالم بمانند.
• ضریب انتقال حرارتی بالا داشته باشد. به این ترتیب حرارت به سهولت به سرد کننده انتقال یافته و جابجا خواهد شد.
• ویسکوزیته یا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق برای پمپ کردن آن می شود.
• دارای توانایی نگهداری درجه حرارت های بالا به صورت مایع، حتی اگر تحت فشار باشد.
خنک کننده هایی که در راکتورهای تحقیقاتی یا تجاری استفاده شده اند عبارتند از:
• آب سبک یا سنگین(اولی شامل دو اتم هیدروژن است و دومی شامل دو یا یک اتم دوتریم می باشد)
• فلز مایع (مثل سدیم، پتاسیم یا آلیاژی از ترکیب هر دو)
• مواد آلی مایع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا یا گاز دی اکسید کربن)

4 ـ سیستم های ایمنی در راکتور

وظایف دستگاه ها و سیستم های کنترل(I&C) در راکتورهای هسته ای شامل اندازه گیری، کنترل، تنظیم، چک کردن و حفاظت است. عملیات اجرایی راکتور بر اساس نیازهای فیزیکی، شیمیایی، فرآیندهای مهندسی و اپراتوری است که به عهده سیستم ها و دستگاه های آن گذاشته شده است. سیستم دستگاهی و کنترل ممکن است به دوبخش ایمنی و اپراتوری یا کارگردانی تقسیم شوند. حفاظت راکتور و محیط زیست به عهده سیستم های ایمنی گذاشته شده است. این سیستم¬ها غالبا در مواقع ضروری کارمی کنند و در دوران بهره برداری و خارج از وضعیت اضطراری اکثرا غیرفعال هستند. قابلیت عملکرد این دستگاه های نصب شده اضافی دائما بطور خود مونیتورینگ و تست های دوره ای بررسی می شوند. کنترل قدرت راکتور معمولا در بخشی از I&C ایمنی ملحوظ و منظور می گردد. کنترل و دستگاه های اوپراتوری شامل تمام سیستم هایی است که کارگردانی و یا عملکرد طبیعی و بدون خطر یک راکتور هسته ای را تضمین و مطمئن می سازد. به همین دلیل ممکن است آنرا به گروه های اجرایی وکارهای پیچیده ای که در خط فرآیند است تقسیم نمود.

5 ـ میله های کنترل

میله های کنترل برای تنظیم توزیع قدرت در راکتور در زمان اپراتوری مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین وظیفه میله های کنترل که بین میله های سوخت قرار می گیرند، برای خاموش کردن یا متوقف کردن فرآیند شکافت هسته ای در زمان هایی که لازم است، چنین عملی انجام شود. خاموش کردن راکتور می تواند از طریق کنترل اتوماتیک یا توسط اپراتور انجام پذیرد. میله های کنترل از موادی ساخته شده اند که خیلی سریع با جذب نوترون ها واکنش های هسته ای را متوقف می کنند. موادی که به این منظور استفاده می شوند عبارتند از کربور نقره، ایندیم، کادمیم و هافنیوم. میله های کنترل به داخل وخارج از میله های سوخت حرکت کرده و نرخ واکنش هسته ای را تنظیم می نمایند.
در راکتورهای هسته ای دونوع کنترل وجود دارد:
• کنترل آرام، برای جلوگیری از به وجود آمدن قدرت زیاد و برقراری قدرت متعادل راکتور. این کنترل بیشتر توسط محلول های برن و یا افزایش یا کاهش آن در کندکننده ها اعمال می گردد.
• کنترل سریع، برای کاهش سریع قدرت راکتور و یا خاموش کردن راکتور از مجموعه میله های کنترل که ممکن است به صورت دستی یا اتوماتیک باشند استفاده می شود. در مواقع اضطراری، میله های کنترل با شتاب به صورت اتوماتیک به داخل میله های سوخت سقوط می کنند و سبب خاموشی راکتور می گردند.

6 ـ حفاظت راکتور

وظیفه سیستم حفاظت از راکتور اطمینان از آشکارسازی تمام حوادث پیش بینی شده در طراحی و اعتماد از امکان انجام عملیات حفاظتی می باشد. این برنامه و تمهیدات باید اطمینان دهد راکتور همیشه بطور ایمن کار می کند. حوادث، بخش هایی از یک حادثه بزرگتر هستند که به کارگردانی راکتور دیکته می کند که به دلایل ایمنی کار راکتور باید قطع شود. بنابراین داده های آنالوگ سیستم ارزیاب، فرآیندهای ویژه منجر به حادثه احتمالی را شناسایی کرده و از طریق یک سیستم دیگر علائمی را تولید می کند که نشان می دهد حدود آن نارسایی ها و یا اشکالات از حد معینی فراتر رفته است. این علائم واقعی آغاز انحراف یا لغزش راکتور از حالت طبیعی است که ترجیحا تمام عملیات کارگردانی را تحت کنترل درمی آورد و متعاقبا فعال شدن تمام سیستم های مهندسی ایمنی را برای کنترل حادثه، باعث می گردد. در تمام موارد، شناسایی و آشکارسازی مبتنی بر فرآیندهای متفاوتی است که هر نوع ابهامی را در رابطه با سیستم آشکارسازی حادثه و قصورهای رایج در سیستم ارزیابی داده ها رفع می کند. وسایل و ابزار اضافی تکمیلی چنان، اطمینانی را فراهم می آورند که با حفاظت به موقع راکتور اثرات سوء حادثه های احتمالی کاهش یابد. وسایل اضافی مبتنی بر انجام وظیفه های انحصاری، به طور فیزیکی از نظر محل قرارگیری طوری از یکدیگر جداشده اند که در مقابل حوادث بیرونی می توانند سالم باقی بمانند. تابلوی وضعیت سیستم حفاظت راکتور را در تمام زمان های کار عادی راکتور و شرایط اضطراری به طور بسیار روشن و واضح به پرسنل کارگردانی اعلام می نماید. تست های دوره ای با دستگاه های مخصوص تست کردن انجام می شوند. قصورهای آشکار و نهان در کانال های مربوطه توسط خویش گزارشگر اعلام می شوند.
نوع دیگر حفاظت با نام حفاظت رادیولوژیکی و کنترل پرتوگیری وجود دارد که وظیفه آن عبارتست از کاهش پرتوگیری و آلودگی داخل راکتورها و محیط زیست در کمترین حد ممکن. سیستم های مختلف کنترل پرتوگیری، اندازه گیری و ثبت پرتوها را در تمام مناطق کنترل شده انجام می دهد. سیستم های مختلف کنترل پرتوگیری امکان بررسی میزان دز تابش محلی، منطقه ای، محیط زیست، پرتوگیری پرسنلی و همچنین میزان نشت پسمان های مایع، گاز و جامد را فراهم می کند. سیستم های کنترل پرتوگیری، دستگاه های نصب شده دائمی هستند که بخشی از مجموعه سیستم I&C محسوب می شوند. مونیتورهای ثابت بررسی نمونه های محلی را بطور دائم و یا متناوب انجام می دهند و مونیتورهای متحرک شامل دستگاه های اندازه گیری پرتو در محل های متفاوت نصب هستند.
نیروگاههای هسته ای حدود 17 درصد برق را تأمین می کنند برخی کشورها برای تولید نیروی الکتریکی خود، وابستگی بیشتری به انرژی هسته ای دارند. براساس آمار آژانس انرژی اتمی، 75 درصد برق کشور فرانسه در نیروگاههای هسته ای تولید می شود و در ایالات متحده، نیروگاههای هسته ای 15 درصد برق را تأمین می کنند. بیش از چهارصد نیروگاه هسته ای در سراسر دنیا وجود دارد که بیش از یکصد عدد آنها در ایالات متحده واقع شده است. یک نیروگاه هسته ای بسیار شبیه به یک نیروگاه سوخت فسیلی تولید کننده انرژی الکتریکی است و تنها تفاوتی که دارد، منبع گرمایی تولید بخار است. این وظیفه در نیروگاه هسته ای برعهده رآکتور هسته ای است.

رآکتور هسته ای

همه رآکتورهای هسته ای تجاری از طریق شکافت هسته ای گرما تولید می کنند. همانطور که می دانید، شکافت اورانیوم نوترون های زیادی آزاد می کند، بیشتر از آنکه لازم باشد. اگر شرایط واکنش مساعد باشد فرآیند به طور خود به خودی انجام می شود و یک زنجیره از شکافت های هسته ای به وجود می آید. نوترونهایی که از فرآیند شکافت آزاد می شوند، بسیار سریعند و هسته های دیگر نمی توانند آنها را به راحتی جذب کنند. از این رو در اکثر رآکتورها قسمتی به نام کند کننده نوترون وجود دراد که در آن از سرعت نوترونها کاسته می شود و در نتیجه نوترونها به راحتی جذب می شوند. چنین نوترونهایی آن قدر کند می شوند تا با هسته راکتور به تعادل گرمایی برسند. نام گذاری این نوترونها به نوترونهای گرمایی یا نوترونهای کند هم از همین رو است.
مقدار انرژی گرمایی که در یک رآکتور پارامتر بحرانی است و با کنترل آن می توان رآکتور را در حالت عادی نگاه داشت. این کار با تنظیم تعداد میله های کنترل درون رآکتور صورت می گیرد. میله کنترل از مواد جذب کننده نوترون ساخته شده است و با افزایش یا کاهش جذب نوترون، می توان گسترش واکنش زنجیره ای را کاهش یا افزایش داد. البته با استفاده از کند کننده های نوترون یا تغییر دادن نحوه قرار گیری میله های سوخت هم می توان انرژی خروجی رآکتور را کنترل کرد.

طراحی یک رآکتور

رآکتورهای هسته ای برای انجام واکنش های هسته ای در مقیاس وسیع طراحی می شوند. گرما، اتمهای جدید و تابش بسیار شدید نوترون، محصولات واکنش انجام شده در رآکتور هستند و بسته به استفاده ای که از رآکتور می شود، از یکی از محصولات استفاده می شود. در یک نیروگاه هسته ای تولید برق از انرژی گرمایی تولید شده برای چرخاندن توربین و درنهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود. در برخی رآکتورهای نظامی و آزمایشی بیشتر از باریکه نوترون پر انرژی استفاده می شود تا مواد ساده را به عناصر کم یاب و جدیدی تبدیل کنند.
هدف از رآکتور هر چه باشد، برای به دست آوردن این محصولات لازم است یک واکنش هسته ای زنجیره ای به طور پیوسته ادامه یابد. برای ادامه یک واکنش زنجیره ای هم رآکتور باید در حالت بحرانی یا فوق بحرانی قرار داشته باشد. کند کننده و وسیله کنترل در فراهم آوردن چنین شرایطی نقش بسیار مهمی برعهده دارند.
رآکتوری که از کند کننده استفاده می کند، رآکتور گرمایی یا رآکتور کند نامیده می شود. این رآکتورها با توجه به نوع کند کننده ای که مورد استفاده قرار می گیرد طبقه بندی می شوند. آب معمولی ( آب سبک )، آب سنگین و گرافیت، مواد رایج کند کننده هستند. البته گرافیت مشکلات فراوانی را به وجود می آورد و بسیار خطرآفرین است، مانند حادثه انفجار چرنوبیل یا آتش سوزی وانیدسکیل.
رآکتورهایی که از کند کننده ها استفاده نمی کنند، رآکتورهای سریع خوانده می شوند. در این نوع رآکتورها فشار ذرات نوترون بسیار بالا است و از این رو می توان برخی واکنش های هسته ای را در آنها انجام داد که ترتیب دادن آنها در رآکتور کند بسیار مشکل است. شرایط خاصی که در رآکتورهای سریع وجود دارد، سبب می شود بتوان هسته اتم توریوم و برخی ایزوتوپ های دیگر را به سوخت هسته ای قابل استفاد تبدیل کرد. چنین رآکتوری می تواند سوختی بیش از حد نیاز خود را تولید کند و به همین دلیل به آن رآکتور سوخت ساز هم گفته می شود.
در همه رآکتورها، قلب رآکتور که دمای بسیار زیادی دارد باید خنک شود. در یک نیروگاه هسته ای، سیستم خنک ساز به نوعی طراحی می شود که از گرمای آزاد شده به بهترین شکل ممکن استفاده شود. در اغلب این سیستمها از آب استفاده می شود. اما آب نوعی کند کننده هم محسوب می شود و از این رو نمی تواند در رآکتورهای سریع مورد استفاده قرار گیرد. در رآکتورهای سریع از سدیم مذاب یا نمک های سدیم استفاده می شود و دمای عملیاتی خنک ساز بالاتر است. در رآکتورهایی که برای تبدیل مورد طراحی شده اند، به راحتی گرمای آزاد شده را در محیط آزاد می کنند.
در یک نیروگاه هسته ای، رآکتور کند منبع آب را گرم می کند و آن را به بخار تبدیل می کند. بخار آب توربین بخار را به حرکت در می آورد ، توربین نیز ژنراتور را می چرخاند و به این ترتیب انرژی تولید می شود. این آب و بخار آن در تماس مستقیم با راکتور هسته ای است و از این رو در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار می گیرند. برای پیشگیری از هر گونه خطر مرتبط با این آب رادیواکتیو، در برخی رآکتورها بخار تولید شده را به یک مبدل حرارتی ثانویه وارد می کنند و از آن به عنوان یک منبع گرمایی در چرخه دومی از آب و بخار استفاده می کنند. بدین ترتیب آب و بخار رادیواکتیو هیچ تماسی با توربین نخواهند داشت.

انواع رآکتورهای گرمایی

در در رآکتورهای گرمایی علاوه برکند کننده، سوخت هسته ای ( ایزوتوپ قابل شکافت القایی)، مخزن بخار و لوله های منتقل کننده آن، دیواره های حفاظتی و تجهیزات کنترل و مشاهده سیستم رآکتور نیز وجود دارند. البته بسته به این که این رآکتورها از کانالهای سوخت فشرده شده، مخزن بزرگ بخار یا خنک کننده گازی استفاده کنند، می توان آنها را به سردسته تقسیم کرد.
الف – کانالهای تحت فشار در رآکتورهای RBMK و CANDU استفاده می شوند و می توان آنها را در حال کارکردن رآکتور، سوخت رسانی کرد.
ب – مخزن بخار پرفشار داغ، رایج ترین نوع رآکتور است و در اغلب نیروگاههای هسته ای و رآکتورهای دریایی ( کشتی، ناوهواپیمابر یا زیردریایی ) از آن استفاده می شود. این مخزن می تواند به عنوان لایه حفاظتی نیز عمل کند.
ج – خنک سازی گازی: در این رآکتورها به جای آب، از یک سیال گازی شکل برای خنک کردن رآکتور استفاده می شود. این گاز در یک چرخه گرمایی با منبع حرارتی راکتور قرار می گیرد و معمولاً از هلیوم برای آن استفاده می شود، هر چند که نیتروژن و دی اکسید کربن نیز کاربرد دارند. در برخی رآکتورهای جدید، رآکتور به قدری گرما تولید می کند که گاز خنک کن می تواند مستقیما یک توربین گازی را بچرخاند، در حالی که در طراحی های قدیمی تر گاز خنک کن را به یک مبدل حرارتی می فرستادند تا در یک چرخه دیگر، آب را به بخار تبدیل کند و بخار داغ، یک توربین بخار را بگرداند.

بقیه اجزای نیروگاه هسته ای

غیر از رآکتور که منبع گرمایی است، تفاوت اندکی بین نیروگاه هسته ای و یک نیروگاه حرارتی تولید برق با سوخت فسیلی وجود دارد.
مخزن بخار تحت فشار معمولا درون یک ساختمان بتونی تعبیه می شود که این ساختمان به عنوان یک سد حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل می کند. این ساختمان هم درون یک مخزن بزرگتر فولادی قرار می گیرد. هسته رآکتور و تجهیزات مرتبط با آن درون این مخزن فولادی قرار گرفته اند و کارکنان می توانند راکتور را تخلیه یا سوخت رسانی کنند. وظیفه این مخزن فولادی، جلوگیری از نشت هر گونه گاز یا مایع رادیواکتیو از درون سیال است.
در نهایت این مخزن فولادی هم به وسیله یک ساختمان بتونی خارجی محافظت می شود. این ساختمان به قدری محکم است که در برابر اصابت یک هواپیمای جت مسافربری ( مشابه حادثه یازده سپتامبر ) هم تخریب نمی شود. وجود این ساختمان حفاظتی دوم برای جلوگیری از انتشار مواد رادیواکتیو در اثر هرگونه نشت از حفاظ اول ضروری است. در حادثه انفجار چرنوبیل، فقط یک ساختمان حفاظتی وجود داشت و همان موجب شد موادراکتیو در سطح اروپا پخش شود.

رآکتورهای هسته ای طبیعی

در طبیعت هم می توان نشانه هایی از رآکتور هسته ای پیدا کرد، البته به شرطی که تمام عوامل مورد نیاز به طور طبیعی در کنار هم قرار گرفته باشند. تنها نمونه شناخته شده یک رآکتور هسته ای طبیعی دو میلیارد سال پیش در منطقه اوکلو در کشور گابون ( قاره آفریقا ) فعالیتش را آغاز کرده است. البته دیگر چنین رآکتورهایی روی زمین شکل نمی گیرند، زیرا واپاشی رادیواکتیو این مواد ( به خصوص U-235 ) در این زمان طولانی 5/4 میلیارد ساله ( سن زمین )، فراوانی U-235 را در منابع طبیعی این رآکتورها بسیار کاهش داده است، به طوری که مقدار آن به پایین تر از حد مورد نیاز آغاز یک واکنش زنجیره ای رسیده است.
این رآکتورهای طبیعی زمانی شکل گرفتند که معادن غنی از اورانیوم به تدریج از آب زیرزمینی یا سطحی پر شدند. این آب به صورت کند کننده عمل کرد و واکنش های زنجیره ای شدیدی به وقوع پیوست. با افزایش دما، آب کند کننده بخار می شد و رآکتور خاموش شد. پس از مدتی، این بخارها به مایع تبدیل می شدند و دوباره رآکتور به راه می افتاد. این سیستم خودکار و بسته، یک رآکتور را کنترل می کرد و برای صدها هزار سال، این رآکتور را فعال نگاه می داشت.
مطالعه و بررسی این رآکتورهای هسته ای طبیعی بسیار ارزشمند است، زیرا می تواند به تحلیل چگونگی حرکت مواد رادیواکتیو در پوسته زمین کمک کند. اگر زمین شناسان بتوانند را از این حرکت ها را شناسایی کنند، می توانند راه حل های جدیدی برای دفن زباله های هسته ای پیدا کنند تا روزی خدای ناکرده، این ضایعات خطرناک به منابع آب سطح زمین نشت نکنند و فاجعه ای بشری به بار نیاورند.

انواع رآکتورهای گرمایی

الف – کند سازی با آب سبک:a- رآکتور آب تحت فشار Pressurized Water Reactor(PWR)
b- رآکتور آب جوشان Boiling Water Reactor(BWR)
c- رآکتور D2G
ب- کند سازی با گرافیت:a- ماگنوس Magnox
b- رآکتور پیشرفته با خنک کنندی گازی Advanced Gas-Coaled Reactor (AGR)
c- RBMK
d- PBMR
ج – کند کنندگی با آب سنگین:a – SGHWR
b – CANDU
رآکتور آب تحت فشار، PWR
رآکتور PWR یکی از رایج ترین راکتورهای هسته ای است که از آب معمولی هم به عنوان کند ساز نوترونها و هم به عنوان خنک ساز استفاده می کند. در یک PWR، مدار خنک اولیه از آب تحت فشار استفاده می کند. آب تحت فشار، در دمایی بالاتر از آب معمولی به جوش می آید، از این دوچرخه خنک ساز اولیه را به گونه ای طراحی می کنند که آب با وجود آنکه دمایی بسیار بالا دارد، جوش نیاید و به بخار تبدیل نشود. این آب داغ و تحت فشار در یک مبدل حرارتی، گرما را به چرخه دوم منتقل میکند که یک نوع چرخه بخار است و از آب معمولی استفاده می کند. دراین چرخه آب جوش می آید و بخار داغ تشکیل می شود، بخار داغ یک توربین بخار را می چرخاند، توربین هم یک ژنراتور و در نهایت ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می کند.
PWR به دلیل دارابودن چرخه ثانویه با BWR تفاوت دارد. از گرمای تولیدی در PWR به عنوان سیستم گرم کننده درنواحی قطبی نیز استفاده شده است. این نوع رآکتور، رایج ترین نوع رآکتورهای هسته ای است و در حال حاضر، بیش از 230 عدد از آنها در نیروگاههای هسته ای تولید برق و صدها رآکتور دیگر برای تأمین انرژی تجهیزات دریایی مورد استفاده قرار می گیرند.
خنک کننده
همان طور که می دانید، برخورد نوترونها با سوخت هسته ای درون میله های سوخت، موجب شکافت هسته اتمها می شود و این فرآیند هم به نوبه خود، گرما و نوترونهای بیشتری آزاد می کند. اگر این حرارت آزاد شده منتقل نشود، ممکن است میله های سوخت ذوب شوند و ساختار کنترلی رآکتور از بین برود ( و البته خطرهای مرگ آوری که به دنبال آن روی می دهند. ) در PWR، میله های سوخت به صورت یک دسته در ساختاری، ترسیمی قرار گرفته اند و آب از کف رآکتور به بالا جریان پیدا می کند. آب از میان این میله های سوخت عبور می کند و به شدت گرم می شود، به طوری که به دمای 325 درجه سانتی گراد می رسد. درمبدل حرارتی، این آب داغ موجب داغ شدن آب در چرخه دوم می شود و بخاری با دمای 270 درجه سانتی گراد تولید می کند تا توربین را بچرخاند.

کند کننده

نوترونهای حاصل از یک شکافت هسته ای بیش از آن حدی گرمند که بتوانند یک واکنش شکافت هسته ای را آغاز کنند. انرژی آنها را باید کاهش داد تا با محیط اطراف خود به تعادل گرمایی برسند. محیط اطراف نوترونها ( قلب رآکتور ) دمایی در حدود 450 درجه سانتی گراد دارد.
در یک PWR، نوترونها در پی برخورد با مولکولهای آب خنک ساز، انرژی جنبشی خود را از دست می دهند؛ به طوری که پس از 8 تا 10 برخورد ( البته به طور متوسط ) با محیط هم دما می شوند. در این حالت، احتمال جذب نوترونها از سوی هسته U-235 بسیار زیاد است ودر صورت جذب، بالافاصله هسته U-236 جدید دچار شکافت می شود.
مکانیسم حساسی که هر رآکتور هسته ای را کنترل می کند، سرعت آزاد سازی نوترونها در طول یک فرآیند شکافت است به طور متوسط از هر شکافت، دونوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. نوترونهای آزاد شده اگر با هسته U-235 دیگری برخورد کنند، شکافت دیگری را سبب می شوند و در نهایت یک واکنش زنجیره ای روی می دهد. اگر تمام این نوترونها در یک لحظه آزاد شوند، تعدادشان به قدری زیاد می شود که باعث ذوب شدن راکتور خواهد شد. ( تعداد ذرات پر انرژی، دمای یک سیستم را تعیین می کند. معادله بوتنرمن، این ارتباط را توصیف می کند. ) خوشبختانه برخی از این نوترونها پس از یک بازه زمانی نه چندان کوتاه ( حدود یک دقیقه ) تولید می شوند و سبب می شوند دیگر عوامل کنترل کننده از این تاخیر زمانی استفاده کرده، اثر خود را داشته باشند.
یکی از مزیت های استفاه از آب در PWR، این است که اثر کند سازی آب با افزایش دما کاهش می یابد. در حالت عادی، آب در فشار 150 برابر فشار یک اتمسفر قرار دارد ( حدود 15 مگا پاسکال ) و در قلب رآکتور به دمای 325 درجه سانتی گراد می رسد. درست است که آب با فشار پانزده مگا پاکسال در این دما جوش نمی آید، ولی به شدت از خاصیت کند کنندگی اش کاسته می شود، بنابراین آهنگ واکنش شکافت هسته ای کاهش می یابد، حرارت کمتری تولید می شود و دما پایین می آید. دما که کاهش یابد، توان رآکتور افزایش می یابد و دما که افزایش یابد توان راکتور کاهش می یابد؛ پس خود سیستم PWR دارای یک سیستم خود تعادلی در رآکتور است و تضمین می کند توان رآکتور در کمترین میزان مورد نیاز برای تأمین گرمای سیستم بخار ثانویه است.
در اغلب رآکتورهای PWR، توان رآکتور را در دوره فعالیت معمولی با تغییرات غلظت بورون ( در شکل اسید بوریک ) در چرخه خنک کننده اولیه کنترل اولیه کنترل می کنند سرعت جریان خنک کننده اول در رآکتورهای PWR معمولی ثابت است. بورون یک جذب کننده قوی نوترون است و با افزایش یا کاهش غلظت آن، می توان شدت فعالیت راکتور را کاهش یا افزایش داد. برای این کار، یک سیستم کنترلی پیچیده شامل پمپ های فشار بالا که آب را در فشار 15 مگا پاسکال از چرخه خارج می کند، تجهیزات تغییر غلظت اسید بوریک و تزریق مجدد آب به چرخه خنک ساز مورد نیاز است.
یکی از اشکالات راکتورهای شکافت، این است که حتی پس از توقف واکنش شکافت، هنوز هم واپاشی های رادیواکتیوی انجام می شود و حرارت زیادی آزاد می شود که می تواند راکتور را ذوب کند. البته سیستم های حفاظتی و پشتیبانی متعددی برای جلوگیری از این واقعه وجود دارند، با این حال ممکن است در اثر پیچیدگی های این سیستم، برهمکنش های پیش بینی نشده یا خطاهای عملیاتی مرگ آفرینی در شرایط اضطراری روی دهند. در نهایت، هر رآکتور با یک حفاظ ساختمانی بتونی احاطه شده است که آخرین سد در برابر تشعشعات رادیواکتیو است.

رآکتور آب جوشان، BWR

در رآکتور آب جوشان، از آب سبک استفاده می شود. آب سبک، آبی است که در آن فقط هیدروژن معمولی وجود دارد. ) BWR اختلاف زیادی با رآکتور آب تحت فشار ندارد، غیر از اینکه در BWR فقط یک چرخه خنک کننده وجود دارد و آب مستقیما در قلب راکتور به جوش می آید. فشار آب در BWR کمتر از PWR است، به طوری که در بیشترین مقدار به 75 برابر فشار جو می رسد ( 5/7 مگا پاسکال ) و بدین ترتیب آب در دمای 285 درجه سانتی گراد به جوش می آید.
رآکتور BWR به شکلی طراحی شده که بین 12 تا 15 درصد آب درون قلب رآکتور به شکل بخار در قسمت بالای آن قرار می گیرد. بدین ترتیب عملکرد بخش بالایی و پایینی هسته رآکتور با هم تفاوت دارند. در بخش بالایی قلب رآکتور، کند سازی کمتری صورت می گیرد و در نتیجه بخش بالایی کمتر است.
در حالت کلی دو مکانیسم برای کنترل BWR وجود دارد: استفاده از میله های کنترل و تغییر جریان آب درون راکتور.
الف – بالا بردن یا پایین آوردن میله های کنترل، روش معمولی کنترل توان رآکتور در حالت راه اندازی رآکتور تا رسیدن به 70 درصد حداکثر توان است. میله های کنترل حاوی مواد جذب کننده نوترون هستند؛ در نتیجه پایین آوردن آنها موجب افزایش جذب نوترون در میله ها، کاهش جذب نوترون در سوخت و درنهایت کاهش آهنگ شکافت هسته ای و پایین آمدن توان رآکتور می شود. بالا بردن میله های سوخت دقیقاً نتیجه معکوس می دهد.
ب – تغییرات جریان آب درون رآکتور، زمانی برای کنترل رآکتور مورد استفاده قرار می گیرد که راکتور بین 70 تا صد درصد توان خود کار می کند. اگر جریان آب درون رآکتور افزایش یابد، حباب های بخار در حال جوش سریع تر از قلب راکتور خارج می شوند و آب درون قلب رآکتور بیشتر می شود. افزایش مقدار آب به معنی افزایش کندسازی نوترون و جذب بیشتر نوترونها از سوی سوخت است و این یعنی افزایش توان راکتور. با کاهش جریان آب درون رآکتور، حباب ها بیشتر در رآکتور باقی می مانند، سطح آب کاهش می یابد و به دنبال آن کندسازی نوترونها و جذب نوترون هم کاهش می یابد و در نهایت توان رآکتور کاهش می یابد.
بخار تولید شده در قلب رآکتور از شیرهای جدا کننده بخار و صفحات خشک کن ( برای جذب هر گونه قطرات آب داغ ) عبور می کند و مستقیماً به سمت توربین های بخار که بخشی از مدار رآکتور محسوب می شوند، می رود. آب اطراف رآکتور همواره در معرض تابش و آلودگی رادیواکتیو است و از آنجا که توربین هم در تماس مستقیم با این آب است، باید پوشش حفاظتی داشته باشد. اغلب آلودگی های درون آب عمر کوتاهی دارند ( مانند N16 که بخش اعظم آلودگی های آب را تشکیل می دهد و نیمه عمرش تنها 7 ثانیه است )، بنابراین مدت کوتاهی پس از خاموش شدن رآکتور می توان به قسمت توربین وارد شد.
در رآکتور BWR، افزایش نسبت بخار آب به آب مایع درون رآکتور موجب کاهش گرمای خروجی می شود. با این حال، یک افزایش ناگهانی در فشار بخار، سبب بروز یک کاهش ناگهانی در نسبت بخار به آب مایع درون رآکتور می شود که خود، سبب افزایش توان خروجی می شود. این شرایط و دیگر حالت های خطرساز، موجب شده است از سیستم کنترلی اسید بوریک ( بورون ) نیز استفاده شود، بدین شکل که در سیستم پشتیبان خاموش کننده اضطراری، محلول اسید بوریک با غلظت بالا به چرخه خنک کننده تزریق می شود. خوبی این سیستم این است که اسید اوریک، یک خورنده قوی است و معمولا در PWR سبب می شود تلفات ناشی از خوردگی قابل توجه باشد. در بدترین شرایط اضطراری که تمام سیستم های امنیتی از کار افتاد، هر رآکتور به وسیله یک ساختمان حفاظتی از محیط اطراف جدا شده است. در یک رآکتور BWR جدی، حدود 800 دسته واحد سوخت قرار می گیرد و در هر دسته بین 74 تا 100 میله سوخت قرار می گیرد. این چنین حدود 140 تن اورانیوم در قلب رآکتور ذخیره می شود.
رآکتور D2Gرآکتور هسته ای D2G را می توان در تمام ناوهای دریایی ایالات متحده می توان پیدا کرد. D2G مخفف عبارت زیراست:
رآکتور ناو جنگی D=Destroyer-sized reactor
نس دوم 2=Second Geneation
ساخت جنرال الکتریک G= General – Electric built
بدین ترتیب، D2G را می توان مخفف این عبارت دانست: رآکتور هسته ای نسل دوم ویژه ناوهای جنگی ساخت جنرال الکتریک. این رآکتور برای تولید حداکثر 150 مگا وات انرژی الکتریکی و عمر مفید 15 سال مصرف معمولی طراحی شده است.
در این رآکتور، برای مخزن بخار دو رآکتور وجود دارد و طوری طراحی شده که بتوان هر دو اتاق توربین را با یک رآکتور به راه انداخت. اگر هر دو رآکتور فعال باشند، ناو به سرعت 32 گره می رسد. اگر یک رآکتور فعال باشد و توربین ها متصل به هم باشند، سرعت ناو به 25 تا 27 گره خواهد رسید و اگر فقط یک رآکتور فعال باشد ولی توربین ها جدا باشند، سرعت فقط 15 گره خواهد بود

راکتورهای اتمی

تصویری از یک راکتور
اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر 1942 بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی ، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای ، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.

تعریف راکتور هسته ای:

راکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در آنها شکافت هسته‌ای کنترل شده رخ می‌دهد. راکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون‌ها بکار می‌روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغیر است. فرآیند شکافت که یک نوترون بوسیله یک هسته سنگین (با جرم زیاد) جذب شده و بدنبال آن به دو هسته کوچکتر همراه با آزاد سازی انرژی و چند نوترون دیگر شکافته می‌شود.
راکتورها در اصل سیستمهایی هستند که واکنش های هسته ای مثل شکافت هسته‌ای در آنها صورت می گیرد. و انرژی تولیدی در آنها تحت کنترل در می آید. به عنوان مثال خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی است که در آن عناصر سبک هسته ای به هم جوش می خورند (همجوشی هسته ای) و تولید انرژی می کنند.
وسیله ای که در آن واکنش شکافت زنجیری کنترل شده انجام می شود راکتور هسته ای نام دارد. ‏‏اورانیوم یا پلتونیوم ( عنصر پرتوزای مصنوعی با عدد اتمی 94‏‎ ( Z=‎به عنوان ماده شکافت پذیر ‏‏«سوخت هسته ای ) به کار می رود. از راکتور ها جهت تولید انرژی ، برای به دست آوردن ‏‏ایزوتوپ های پرتوزا (از جمله عناصر فوق اورانیوم ، یعنی عناصری و 92‏‎ Z =‎) و چشمه های ‏باریکه های قوی نوترون استفاده می کنند‎.‎
‎پاره های شکافت در اورانیوم در فاصله کوتاهی (کمتر ازμm ‏ 5) ‎کند می شوند. در نتیجه ، تقریبا تمامی ‏انرژی آزاد شده در راکتور به صورت گرما در توده اورانیوم ظاهر می شود. از این گرما مثلا می توان ‏برای گرم کردن و تبخیر مایع جاری از اورانیوم که بعدا به کمک ‏‎‎توربین بخار یا بعضی از ماشین ‏های گرمایی دیگر به صورت انرژی الکتریکی یا مکانیکی درمی آید استفاده کرد‎.‎
‎اولین نیروگاه هسته ای بر این اساس در سال 1945 در روسیه ساخته شد. ساختمان این راکتور بیانگر ‏این است که بخش اصلی این راکتور عناصر سوختش است که شامل اورانیوم می باشد. عناصر "سوخت" به ‏صورت دو دیوار نازک از لوله های فولادی ضد زنگ ساخته شده اند که یکی‎ ‎ درون دیگری قرار دارد.
‎اورانیوم را بدون درز در فضای میان لوله محکم می کنند، در حالی که از کاواک داخلی به عنوان کانال ‏برای عبور آب استفاده می شود که گرمای آزاد شده از اورانیوم را در ضمن کار راکتور به خارج می برد. ‏محکم کردن بدون درز از این نظر لازم است که اورانیوم از لحاظ شیمیایی ناپایدار است و دیگر اینکه مانع ‏نشت گازهای پرتوزا خطرناکی شود که در نتیجه واکنش تشکیل می شوند‏‎.‎
‎برای تسهیل گسترش واکنش زنجیری ، عناصر "سوخت" را از اورانیومی که با ایزوتوب سریعا ‏شکافت پذیر اورانیوم 235 غنی شده اند، درست می کنند «اورانیوم غنی شده که در راکتور مصرف می کنند. ‏دارای 5 درصد‏‎ 235U‎در حالی که اورانیوم طبیعی فقط دارای 0.7 درصد از این ایزوتوپ است ). کار ‏راکتور اورانیوم با پرتوزایی شدید همراه است. جهت حفاظت کارکنان از تابش پرتوزا و نوترون ها که مقادیر ‏زیاد آن نیز زیانبار است، راکتور را در محفظه ای با دیوار های ضخیم که از سیمان و مواد دیگر ساخته ‏شده اند قرار می دهند‎.‎
‎امتیاز بزرگ راکتور هسته ای به عنوان چشمه تولید انرژی هزینه کم سوخت آن است. مقدار گرمایی که ‏در ضمن شکافت یک گرم‎ U 235 ‎آزاد می شود برابر با مقدار گرمایی است که از سوختن چند تن ذغال ‏سنگ به دست می آید. این امر امکان می دهد که راکتورها را در نواحی دور از‏‎ ‎ذخایر ذغال سنگ و نفت و حتی ‏دور از راه های حمل و نقل ( با کشتی، زیردریایی و هواپیما ) برپا سازند‎.‎
‎در روسیه ، چندین نیروگاه اتمی در مقیاس بزرگ در حال کارند. چندین یخ شکن مجهز به ‏موتور های اتمی و زیر دریایی های اتمی نیز ساخته شده است. در آینده نقش ‏‏مهندسی انرژی هسته ای مهم تر از این خواهد شد‎.‎
‎بر طبق محاسبات انجام شده، با آهنگ امروزی مصرف انرژی کمبود ذغال سنگ و نفت حتی در 50 سال آینده حس ‏خواهد شد. استفاده از اورانیوم راهی برای خروج از این مشکل است. زیرا انرژی ذخیره شده در ذخایر ‏اورانیوم 10 تا 20 برابر انرزی ذخیره شده در سوخت های آلی است. مسئله منابع انرژی پس ‏از مهار شدن واکنش های گداخت به کلی حل خواهد شد‎.‎
‎درنتیجه بمباران اورانیوم با نوترون ، ایزوتوپ‎ U 238 ‎به‎ U 239 ‎تبدیل می شود. این ایزوتوپ ‏ناپایدار است و در نتیجه واپاشی ««ذره بتا به ایزوتوپ نپتونیوم 93‏‎ ( Np 239 ) ‎تبدیل می شود. این ‏ایزوتوپ به نوبه خود ، با تحمل واپاشی بتا ، پس از زمان کوتاهی ( نیم عمر آن 2.35 روز است ) به ‏ایزوتوپ پلتونیوم 94 ، یعنی‏‎ Pu 239 ‎تبدیل می شود. پلتونیوم 239 نیز ناپایدار است ، ولی به کندی ‏وا می پاشد ( نیم عمر آن 24000 سال است). به این دلیل ممکن است به مقدار انبوهی انبار شود‎.‎
‎پلتونیوم 239 مانند اورانیوم 235 ، ( سوخت هسته ای )خوبی است که برای راکتورهای هسته ای و بمب ‏های اتمی مناسب است. پلوتونیوم از راکتورهای هسته ای مبتنی بر اورانیوم طبیعی و کند کننده به دست می ‏آید. در چنین راکتورهایی بیشتر نوترون ها را‎ 238U ‎جذب می کند که نتیجه آن تشکیل پلتونیوم است‎.‎
‎پلتونیوم انبار شده در اورانیوم را می توان با روش های شیمیایی جدا کرد. سوخت هسته ای مصنوعی ‏دیگر ایزوتوپ‎ 233U با نیم عمر 162000 است که در اورانیوم طبیعی وجود ندارد‏‎. 233U ‎نیز مانند ‏پلتونیوم ، در نتیجه بمباران توریم با نوترون تشکیل می شود. به این طریق مواد با شکافت پذیری کم‎) ‎ 238U و توریم ) می توانند به سوخت هسته ای با ارزش تبدیل شوند. این امکان پذیری بسیار اساسی ‏است زیرا در پوسته زمین‎ 238U ‎و توریم خیلی بیشتر از‎ 236U ‎است‎.‎
‎نپتونیم و پلتونیوم معرف عناصر فوق اورانیوم هستند و در جدول تناوبی بعد از اورانیوم می آیند‎.‎
رشته عناصر فوق اورانیوم بعد از پلتونیوم تا عنصری به عدد اتمی 107 ادامه دارد. عناصر فوق اورانیوم ‏در طبیعت کشف نشده اند. زیرا همه آنها پرتوزا بوده در مقایسه با سن زمین شناسی زمین نیم عمر کوتاهی ‏دارند‎.‎
‎‎‎در راکتور در حال کار ،جریان شدید نوترون ها در نتیجه شکافت مشاهده می شود. از بمباران مواد ‏با نوترون ها می توان ایزوتوب های پرتوزای مصنوعی گوناگون در راکتور به دست آورد. چشمه پرتوزای دیگر در راکتور پاره های شکافت اورانیوم هستند که اغلب شان ناپایدارند‎.‎
عناصر پرتوزای مصنوعی کاربرد گسترده ای در علم و صنعت پیدا کرده اند. از موادی که اشعه ‏گاما گسیل می کنند به جای رادیم خیلی گران ، برای امتحان اجسام فلزی کلفت با نور عبوری ، برای ‏‏مداوای سرطان و جز اینها استفاده می شود. ‏
از خاصیت کشنده بودن مقادیر زیاد تابش گاما در موجودات ذره بینی برای نگهداری مواد غذایی استفاده می ‏شود. اکنون از تابش پرتوزا در صنایع شیمیایی استفاده می شود. زیرا انجام بسیاری از واکنش های شیمیایی مهم را آسان می کند‎.‎

انواع سوختهای راکتور اتمی

اورانیوم متداول ترین ماده سوخت برای راکتورهای هسته‌ای اورانیوم است، که می‌تواند به صورت خالص ، یعنی اورانیوم فلزی و یا به صورت ترکیب مثل اکسید اورانیوم و یا کربور اورانیوم بکار برود. اورانیوم ، فلز نسبتا نرم و قابل کششی است که در دمای بالا به آسانی در هوا و آب اکسید می‌شود. نقطه ذوب آن 1133 درجه سانتیگراد است.
پلوتونیوم چون فلز پلوتونیوم تا رسیدن به نقطه ذوب 640 درجه سانتیگراد دارای تعداد زیادی فاز بلوری است، سوخت مناسبی برای راکتور نمی‌باشد. به عنوان سوخت راکتور ، پلوتونیوم را به صورت ، PUO2 بکار می‌برند. نقطه ذوب این ترکیب 2400 درجه سانتیگراد است.
توریوم به جز در چند راکتور با خنک کننده گازی دما - بالا ، توریوم تاکنون به عنوان سوخت راکتور کاربرد زیادی نداشته است. نقطه ذوب فلزات توریوم خالص حدود 1700 درجه سانتیگراد است. به علت پایداری بهتر ، این عنصر برتر از اورانیوم است. اما ما به صورت خالص به عنوان سوخت بکار نمی‌رود. بلکه ان را به صورت دی اکسید توریوم ThO2 کربوتریوم ThC2 بکار می‌برند.
کند کننده‌ها ویژگیهای لازم برای کند کننده‌های راکتورهای حرارتی ، یعنی عدد جرمی پایین ، سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین ، سطح مقطع پراکندگی بالا و گزینش را به چند ماده محدود می‌کنند. هیدروژن و دوتریوم ، کربن و برلیوم تنها عناصری هستند که برای کند کنندگی مناسب‌اند. هیدروژن و دوتریم ، به علت گاز بودن ، به اندازه کافی چگال نیستند و باید به صورت ترکیب بکار روند. بنابراین انتخاب کند کننده برای راکتورهای حرارتی به سه ماده زیر محدود می‌شود.
آب :آب یک انتخاب بدیهی برای کند کننده راکتورهای حرارتی است و می‌تواند به عنوان خنک کننده هم بکار رود. آب دارای سطح مقطع جذب نسبتا بالایی است. کند کننده آب برای بحرانی شدن نیاز به اورانیوم غنی شده دارند.
آب سنگین :بسیاری از خواص فیزیکی و ترمودینامیکی آب سنگین شبیه آب معمولی است. فرق اساسی آب سنگین با آب معمولی در این است که دوتریم سطح مقطع جذب خیلی کمتری نسبت به هیدروژن دارد.
گرافیت :ویژگیهای هسته‌ای این ماده ، مثل قدرت کند کنندگی و سطح مقطع جذب به خوبی ویژگیهای آب سنگین نیست. اما نوع خالص آن را می‌توان تهیه کرد. خواص ساختاری و گرمایی آن خوب است اما در دماهای بالا و هوا ترکیب می‌شود. گرافیت دارای رسانندگی گرمایی بالایی است.
خنک کننده ها ویژگیهای خنک کننده‌ها
خواص ترمودینامیکی خوب ، یعنی رسانندگی گرمایی ، گرمای ویژه بالا و چسبندگی پایین.
عدم برهمکنش شیمیایی با قسمتهای دیگر راکتور.
سطح مقطع جذب نوترونی خیلی پایین.
پرتوزا نشدن در اثر واکنش‌های گاما - نوترون که ممکن است هنگام عبور خنک کننده از قلب راکتور رخ بدهد.
مواد مناسب خنک کننده
هلیوم هلیوم گازی است بی اثر ، دارای خواص ترمودینامیکی خوب و خطر تابش هم ایجاد نمی‌کند. بنابراین ظاهرا می‌توان آن را به عنوان خنک کننده ایده آل راکتورهای گازی تلقی کرد. اما متاسفانه به سادگی مقدار زیاد آن قابل دسترسی نیست. در حال حاضر کاربرد این گاز به عنوان خنک کننده راکتور محدود به چند راکتور دما – بالای گازی در آمریکا و آلمان است.
فلزات مایع فلزات مایع ، به دلیل خواص ترمودینامیکی خوبشان ، به خصوص رسانندگی گرمایی بالای آنها ، خنک کننده‌های با لقوه خیلی خوبی برای راکتورها هستند. سدیم ، لیتیم ، جیوه و آلیاژهای سدیم – پتاسیم همه مناسب‌اند. ولی از میان آنها سدیم به مقدار قابل ملاحظه‌ای ، منحصرا در راکتورهای سریع زاینده مورد استفاده قرار گرفته است.
حفاظ‌های راکتور
راکتورهای هسته ای

ویژگی‌های مواد محافظ
سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین است.
رسانندگی گرمایی بالا دارند.
استحکام خوب در دماهای بالا برای مقاومت در مقابل تنش حرارتی
تغییر شکل سوخت و فشار ناشی از انباشت پاره‌های شکافت در داخل حفاظ
مواد کنترل موادی که برای راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرند باید دارای سطح مقطع جذب بالایی باشند.
بور بور متداول ترین ماده کنترل است. از بور به تنهایی نمی‌توان استفاده کرد. اما می‌توان آن را با فولاد در آمیخت یا به صورت کربور محبوس در کپسول‌های فولادی مورد استفاده قرار داد.
ایندیم و کادمیوم ایندیوم و کادمیوم هر دو سطح مقطع جذب بالایی دارند. اما نقطه ذوب آنها پایین تر از آن است که بتوان از آنها در راکتورهای قدرت استفاده کرد.
هافنیم هافنیوم دارای استحکام مکانیکی کافی و مقاومت خوبی در برابر خوردگی است. لذا ماده کنترل خوبی است.
اگادولینیم گادولینیم در بعضی راکتورهای گازی پیشرفته به عنوان سم قابل سوختن بکار می‌رود.

کاربردهای راکتورهای هسته‌ای

راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتی‌ها و برخی برای تولید برق بکار می روند.
دوگروه اصلی راکتورهای هسته ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها . راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.
منبع:www.ngdir.ir

کاربرد صلح آمیز انرژی هسته ای

کاربرد صلح آمیز انرژی هسته ای

علوم و فنون هسته ای جزو فن آوری های پیش رفته و برتر در عصر کنونی است. امروز تاثیر این علوم در گسترش دانش بشری، تسلط بر طبیعت، تامین رفاه و پیشرفت زندگی بشر غیر قابل تردید بوده و به درستی می توان آن را از عناصر و محور های اصلی توسعه ی پایدار و از عوامل مهم اقتدار یک کشور به شمار آورد.
علوم و فنون هسته ای جزو فن آوری های پیش رفته و برتر در عصر کنونی است. امروز تاثیر این علوم در گسترش دانش بشری، تسلط بر طبیعت، تامین رفاه و پیشرفت زندگی بشر غیر قابل تردید بوده و به درستی می توان آن را از عناصر و محور های اصلی توسعه ی پایدار و از عوامل مهم اقتدار یک کشور به شمار آورد. در واقع، در طول نیم قرن گذشته، در نتیجه تلاش پیگیر پژوهش گران، این فناوری نقش مهمی در رشد صنعت، کشاورزی و پزشکی ایفا کرده است. استفاده از رادیو ایزوتوپ ها در تشخیص و درمان بیماری ها، به کارگیری فن آوری هسته ای در تولید برق و تولید مواد با خواص ویژه و هم چنین تولید گونه های مقاوم محصولات کشاورزی نسبت به آفات و کم آبی، تنها شماری از استفاده های گوناگون این علوم در پزشکی، صنعت و کشاورزی است. جمهوری اسلامی ایران مصمم است، با توجه به تاثیر شگرف علوم و فنون هسته ای در مؤلفه های علمی، اقتصادی و اجتماعی و به طور کلی توسعه پایدار، راه خود را در مسیر پر پیچ و خم استفاده ی صلح آمیز از این فناوری باز کند.
انرژی هسته ای به طور صلح جویانه موارد مصرف گوناگونی دارد که به شرح آن ها پرداخته می شود. (شایان ذکر است، آژانس بین المللی انرژی اتمی در این حوزه تحقیقات متعددی را انجام داده است که به مراحل کاربردی نیز رسیده اند.)

● در بخش پزشکی و بهداشتی

طبق آمار های سازمان بهداشتی، میزان افراد سرطانی در کشور های در حال توسعه تا سال ۲۰۱۵ هر ساله ۱۰ میلیون نفر افزایش می یابد. این در حالی است که شیوه های زندگی در حال تغییر است. اکثر کشور های در حال توسعه، دارای متخصصان کافی در این زمینه یا دستگاه های رادیو تراپی نیستند تا بتوانند به طور موثر و ایمن با بیماران سرطانی خود تعامل کنند. در حدود ۱۵کشور آفریقایی و چند کشور آسیایی، حتی یک دستگاه رادیو تراپی نیز وجود ندارد. آژانس بین المللی انرژی اتمی در این زمینه برای کمک به کشور ها، برنامه هایی را تدارک دیده است. هم چنین از تکنیک های هسته ای در ساخت داروهای هسته ای نیز استفاده می شود. به طور کلی، می توان موارد ذیل را به عنوان مصادیق کاربرد تکنیک های هسته ای در حوزه ی پزشکی نام برد:
ـ تهیه و تولید رادیو داروی ید – ۳۱۱، برای تشخیص بیماری های تیروئید و درمان آن ها
ـ تهیه و تولید کیت های رادیو دارویی برای مراکز پزشکی هسته ای
ـ کنترل کیفی رادیو دارو های خوراکی و تزریقی، برای تشخیص و درمان بیماری ها
ـ تهیه و تولید کیت های هورمونی
ـ تشخیص و پی گیری درمان سرطان پروستات
ـ بررسی مراکز عفونی در بدن
ـ تشخیص سرطان های کولون، پانکراس، روده کوچک و برخی سرطان های سینه
ـ شناخت محل تومور های سرطانی و بررسی تومور های مغزی، سینه و ناراحتی های ریوی
ـ تصویر گیری بیماری های قلبی، تشخیص عفونت ها و التهاب مفصلی، آمبولی و لخته های وریدی
ـ تشخیص کم خونی ها یا سندرم اختلال در جذب ویتامین۱۲B
ـ تولید دزیمتر های جیبی و محیطی
ـ استریلیزاسیون لوازم پزشکی یک بار مصرف.

● در بخش دام پزشکی و دام پروری

▪ در این حوزه می توان از مصادیق ذیل نام برد:
ـ نقش تکنیک های هسته ای در پیش گیری، کنترل و تشخیص بیماری های دامی
ـ نقش تکنیک های هسته ای در تولید مثل دام
ـ نقش تکنیک های هسته ای در تغذیه دام
ـ نقش تکنیک های هسته ای در بهداشت و ایمنی محصولات دامی و خوراک دام.

● در مدیریت منابع آب

بهبود دسترسی به منبع آب جهان، به عنوان یکی از زمینه های بسیار مهم در توسعه شناخته شده است. بیش از یک ششم جمعیت جهان در مناطقی زندگی می کنند که دسترسی مناسب به آب آشامیدنی بهداشتی ندارد. تکنیک های هسته ای برای شناسایی حوزه های آب خیز زیرزمینی، هدایت آب های سطحی و زیرزمینی، کشف و کنترل آلودگی و کنترل نشت و ایمنی سد ها به کار می روند. از این تکنیک ها، هم چنین در شیرین کردن آب شور و آب دریا نیز استفاده می شود.

● در بخش صنایع غذایی و کشاورزی

▪ در این حوزه نیز می توان مصادیق ذیل را نام برد:
ـ جلوگیری از جوانه زدن محصولات غذایی
ـ کنترل و از بین بردن حشرات
ـ به تاخیر انداختن زمان رسیدگی به محصولات غذایی
ـ افزایش زمان نگه داری
ـ کاهش میزان آلودگی میکروبی
ـ از بین بردن ویروس ها
ـ طرح های باردهی و جهش گیاهانی چون گندم، برنج و پنبه.

● در بخش صنایع

▪ در این حوزه می توان از مصادیق ذیل نام برد:
ـ تهیه و تولید چشمه های پرتو زایی کبالت برای مصارف صنعتی
ـ تولید چشمه های ایریدیم برای کاربرد های صنعتی و بررسی جوش کاری در لوله های نفت و گاز
ـ تولید چشمه های پرتو زا برای کاربرد های مختلف در علوم و صنعت از قبیل، طراحی و ساخت انواع سیستم های هسته ای برای کاربرد های صنعتی مانند سیستم های سطح سنجی، ضخامت سنجی، دانسیته سنجی و ...
ـ اندازه گیری خاکستر ذغال سنگ
ـ بررسی کوره های مذاب شیشه سازی برای تعیین اشکالات آن ها
ـ نشت یابی در لوله های انتقال نفت با استفاده از تکنیک هسته ای.

● در شناسایی مین های ضد نفر

در سال گذشته آژانس بین المللی انرژی اتمی از تکنیک هسته ای در کرواسی به صورت آزمایشی برای شناسایی مین های ضد نفر استفاده کرده و نتیجه این بود که اندازه های خاصی از این مین ها در اعماق مختلف و در شرایط خشکی خاک زمین شناسایی شدند. اما کار بیشتری نیاز است تا منجر به کشف مین های ضد نفر کوچک تر و در شرایط رطوبت خاک زمین شود.

● توسعه هسته ای جمهوری اسلامی ایران در پزشکی، صنعت و کشاورزی

جمهوری اسلامی ایران برنامه گسترده ای در خصوص توسعه ی هسته ای در موارد فوق دارد. در این زمینه، سازمان انرژی اتمی ایران با ایجاد مراکز و آزمایشگاه های مختلف تحقیقاتی، تولیدی و خدماتی در این امر اهتمام کامل ورزیده است. مراکز زیر از جمله مهم ترین تاسیسات هسته ای سازمان، برای اجرایی کردن توسعه ی هسته ای اند:
ـ مرکز تحقیقات هسته ای
ـ مرکز تحقیقات گداخت هسته ای
ـ مرکز تابش گاما
ـ مرکز تحقیقات پزشکی و کشاورزی هسته ای
ـ مرکز پرتو فرایند
ـ مرکز علمی و صنعتی
ـ مرکز تحقیقات لیزر
▪ بخشی از مهم ترین فعالیت های مراکز فوق، عبارتند از:
ـ تولید رادیو ایزوتوپ هایی مثل: ۱۹۲-Ir و ۶۰-Co و ۱۳۷-Cs و ۲۴۱-Am
ـ تولید رادیو داروهایی مثل:۹۹-Mo/m۹۹-Tc و ۱۳۱-I و ۳۲-P و ۶۷-Ga
ـ تولید انواع کیت های رادیو دارویی
ـ تولید گندم موتانت و غیر موتانت، جوموتانت و غیر موتانت و پنبه ی موتانت
ـ تولید سیستم شمارش هسته ای با آشکارساز گایگر
ـ تولید مولد پالد هسته ای
ـ تولید دزیمتر جیبی و دزیمتر دیجیتال دستی
ـ تولید انواع لیزر ها
موارد فوق تنها نمونه های اندکی از فعالیت های سازمان انرژی اتمی در خصوص توسعه ی هسته ای در پزشکی، صنعت و کشاورزی است.
در حال حاضر صدها پروژه تحقیقاتی، کاربردی و تولیدی در مراکز مختلف سازمان درحالی انجام است که نشان گر عزم و برنامه ریزی جمهوری اسلامی ایران در توسعه علوم و فن آوری هسته ای است.
منبع : آفتاب

ایمنی در MRI

ایمنی در MRI

تا کنون هیچ آثار زیان بار بیولوژیکی دراز مدتی در اثر قرارگرفتن در معرض MRI گزارش نشده است اگر چه در بررسی جداگاه اجزاء روند تصویربرداری تشدید مغناطیسی چندین اثر کم اهمیت و برگشت پذیر از میدان های مغناطیسی ، گرادیان و فرکانس رادیویی مشاهده شده است . اغلب تحقیقات در مورد ایمنی MR در آمریکا انجام شده و اکثر مقالات درباره ایمنی MR در امریکا منتشر شده است .
در فوریه 1982 اداره غذا و دارو ( FDA ) دستورالعملی را به هیاتهای بررسی بیمارستانها تحت عنوان « مقررات ارزیابی ریسک های تابش های الکترومغناطیسی برای روشهای NMR کلینیکی » ابلاغ نمود . برای بررسی اثر بیولوژیکی درازمدت MRI تمام اجزاء روند تصویربرداری باید در نظر گرفته شود . این اجزاء شامل :
1 ـ میدان مغناطیسی اصلی ( که تحت عنوان میدان مغناطیسی ایستا هم شناخته می شود ) .
2 ـ میدان های مغناطیسی متغیر با زمان ( میدان مغناطیسی گرادیان ها و میدانهای RF ) .

اثرات بیولوژیکی میدان مغناطیسی ایستا

توجه اولیه در میدان مغناطیسی ایستا معطوف به امکان اثرات بیولوژیکی بالقوه می باشد . در طبیعت میدان مغناطیسی کره زمین اثر قابل ملاحظه ای بر اشکال ابتدایی حالت وارد جهت گیری باکتری های مغناطیسی ایستا و الگوی مهاجرت پرندگان تحت تاثیر میدان مغناطیسی به شدت G6/0 که کره زمین را احاطه نموده است می باشد . در MR پتانسیل های الکتریکی ضعیفی در عروق خونی بزرگ که خون در آنها در جهت عمود بر میدان مغناطیسی ایستا جریان دارد مشاهده شده است . اگر چه در شدت 10 تسلا هیچ آثار زیانباری در میمونها مشاهده نشده است . اغلب بررسی ها هیچ اثری در رشد و شکل سلولی در میدانهای مغناطیسی با شدت کمتر از 2 تسلا نشان نداده اند . اطلاعات جمع آوری شده توسط انستیتوی ملی حفاظت شغلی و سازمان بهداشت جهانی هیچ شواهدی از لوکمی یا سایر موارد سرطان زایی نشان نمی دهد .
گزارشهای اندکی حاکی از سرطان زایی بالقوه میدانهای مغناطیسی ایستا بود که به علت این که روشهای بررسی در آنها مورد انتقاد بود ، رد شده اند .

میدان های حاشیه ای

مطلب مورد توجه بعدی در اثرات میدان مغناطیسی اصلی ، خطرات مربوط به محل نصب سیستم های MR می باشد . میدان مغناطیسی ایستا توسط دیوارها ، کف ها یا سقف های معمولی محدود نمی شوند . میدان مغناطیسی پراکنده در خارج از مرکز آهن ربا تحت عنوان میدان حاشیه ای شناخته می شود .
اغلب دستگاه های تشدید مغناطیسی برای محدود نمودن میدان حاشیه ای تا فاصله قابل قبولی حفاظت نشده اند چه در اتاق اسکن یا در داخل کامیون ها ( در مورد سیستم های MR سیار ) میدان حاشیه ای باید همیشه در هنگام نصب سیستم های جدید در نظر گرفته شود . در هنگام نصب ، شدت میدان در بالا و پائین دستگاه نیز باید در نظر گرفته شود .

میدان های ایستای کمتر از 2 تسلا

اگر چه هیچ آثار بیولوژیکی در انسان در قدرت های میدان زیر 2 تسلا مشاهده نشده ،‌ آبنورمالی های برگشت پذیر در ECG در چنین قدرت های میدانی مشاهده شده است . یک افزایش در دامنه موج T را می توان در یک ECG مشاهده نمود که مربوط به اثر مغناطیسی بردینامیک مایعات است .
این اثر هنگامی ایجاد می شود که یک مایع هادی مثل خون ، از یک میدان مغناطیسی عبور نماید . این اثر متناسب با قدرت میدان مغناطیسی می باشد و بنابراین باعث ایجاد مشکلاتی در Gating قلبی در سیستم های با میدان قوی می گردد . این حالت منتج به trigger سیستم در موج T به جای R گردیده و بنابراین کیفیت تصویر به علت gating ناکافی قلب کاهش می یابد . اگر چه با وجود این اثر ، هیچ اثر قلبی _ عروقی جدی در بیمارانی که تحت بررسی MR قرار گرفته اند مشاهده نشده است .
مطلب دیگر گرم شدن بیمارانی است که در معرض میدان های ایستا قرار می گیرند. در دو بررسی جداگانه بیمارانی در معرض قدرتهای میدان 5/1 تسلا برای 60 و 20 دقیقه قرار گرفتند . این بررسی ها تنها افزایش حرارت بدن به مقدار کمی (1/0 و 03/0 درجه سانتی گراد ) را نشان داد .

میدانهای ایستای با قدرت بیش از 2 تسلا :

بعضی از اثرات بیولوژیکی برگشت پذیر در انسان در شدت های 2 تسلا و بالاتر مشاهده شده است . این اثرات شامل خستگی ، سردرد ، کاهش فشار خون و درجاتی از ناآرامی می باشد . مشکل بالقوه دیگر در این میدان ها با قدرتهای بیشتر از تعاملی انرژی مغناطیسی و جهت گیری سلول می باشد . مولکولهای مشخصی مثل DNA و ریز واحدهای سلولی مانند گلبولهای قرمز داسی شکل خصوصیات مغناطیسی دارند که با جهت تغییر می یابند این اثر از نظر بیولوژیکی در قدرت میدان 2 تسلا به علت نیروی پیچاننده یا گشتاور که به این مولکول ها وارد می گردد با اهمیت می باشد .

بیماران باردار :

تا کنون هیچ آثار بیولوژیکی شناخته شده ای از کاربرد MRI بر جنین مشاهده نشده است . اگر چه مکانیسم وجود دارند که به طور بالقوه می توانند اثرات زیانبار ایجاد نمایند مانند تعامل میدان های الکترومغناطیسی و جنین در حال رشد . سلولهایی که در مرحله تقسیم هستند در طی اولین ثلث دوره حاملگی بیشتر به این اثرات حساس می باشند .
FDA نشان گذاری سیستم های MR مورد استفاده در تصویربرداری جنین و اطفال را برای مشخص نمودن میزان ایمنی به علت ریسک زیاد و بالقوه برای بیماران باردار ، عموماً توصیه می نماید که هر آزمایشی از بیماران باردار باید تا پایان اولین ثلث بارداری به تأخیر بیافتد و پس از این دوره باید قبل از انجام آزمایش رضایت نامه کتبی توسط بیمار امضاء گردد .

کارکنان باردار :

مراکز MR دستورالعملهای جداگانه ای برای کارکنان باردار خود در محدوده تشدید مغناطیسی دارند . اگثر واحدها این گونه تصمیم گرفته اند که کارکنان باردار می توانند وارد اتاق اسکن شوند ولی در هنگام استفاده از میدان های گرادیان و RF از اتاق خارج نشوند . بعضی مراکز این گونه توصیه می کنند که کارکنان باردار باید در طی اولین دوره سه ماهه بارداری کاملاً‌ از میدان مغناطیسی دور باشند .
بررسی اخیر نشان دهنده هیچ افزایشی در وقوع سقط های ناگهانی در بین رادیوگرافها و پرستاران MR نیست پس لازم نیست در طی دوره بارداری از میدان مغناطیسی دور باشند و می توانند بیمار را آماده تصویربرداری نموده ولی در طی کسب تصویر مکان را ترک نمایند .

پرتابه ها

اجسام فلزی فرومغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی ایستای قوی به صورت پرتابه هایی در می آیند . اجسام کوچک مثل گیره های کاغذ و یا سنجاق مو ، هنگامی که در میدان 5/1 تسلا قرار می گیرند سرعت نهایی 40 مایل در ساعت را پیدا می کنند و بنابراین خطر جدی را برای بیماران و یا هر شخص دیگری که در اتاق اسکن باشد ایجاد می نمایند . حتی ابزار جراحی مثل هموستاتها ، قیچی ها و گیره ها اگر چه با موادی به نام فولاد ضد زنگ جراحی ساخته شده اند ولی به شدت توسط میدان مغناطیسی اصلی جذب می شوند . کپسول های اکسیژن نیز به مقدار زیادی مغناطیسی می باشند و نباید داخل اتاق اسکن آورده شوند . اگر چه کپسول های اکسیژنی که غیر آهنی می باشند در دسترس است که استفاده از آنها بی خطر است .
کیسه های شن نیز باید مورد بررسی قرار گیرند . زیرا بعضی از آنها با شن پر نشده اند بلکه با دانه های فولاد که به مقدار زیادی مغناطیسی می باشند پر گردیده اند توصیه می گردد که تمامی اجسام به وسیله آهن ربای میله ای دستی قبل از ورود به اتاق اسکن MRI مورد بررسی قرار گیرند .

Implants و پروتزها

ایمپلنت های فلزی اثری جدی که شامل گشتاور ، گرما و آرتی فکت در تصاویر MRI می باشد ، ایجاد می نمایند . بنابراین قبل از اینکه بیمار مورد MR قرار گیرد، هر سابقه جراحی که بیماران قبل از MR داشته اند باید مشخص گردد . گشتاور و گرما : بعضی ایمپلنت های فلزی در هنگامی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرند گشتاور قابل ملاحظه ای ایجاد می نمایند . نیرو یا گشتاوری که بر ایمپلنت های فلزی کوچک یا بزرگ وارد می گردد می تواند اثرات جدی ایجاد نماید مثل اینکه ایمپلنت های ثابت نشده می توانند بطور بالقوه و غیر قابل پیش بینی در درون بدن حرکت کنند . نوع فلزی که در این ایمپلنت ها استفاده می گردد ، عاملی است که نیروی وارد شده بر آنها را در میدان مغناطیسی تعیین می نماید . ایمپلنت های فلزی غیر آهنی ، انحرافی در میدان مغناطیسی نشان نمی دهند ( و یا انحراف کمی نشان می دهند ) ولی آنها می توانند سبب گرمای قابل ملاحظه ای به علت عدم توانایی در پراکندگی گرمای ایجاد شده بوسیله جذب فرکانس رادیویی، گردند . اگر چه ،‌ آزمایشات افزایش حرارت قابل توجهی را در ایمپلنت ها نشان نمی دهد .

گیره های آنوریسم

بعضی گیره های آنوریسم داخل جمجمه ای از موارد جدی منبع استفاده در تصویربرداری MR می باشند در یک بررسی از 26 گیره آنوریسم که تحت بررسی قرار گرفتند 19 عدد از آنها خاصیت فرومغناطیسی از خود بروز دادند . حرکت گیره ممکن است رگ را آسیب زده و منجر به خونریزی ، ایسکمی یا مرگ گردد .

گیره های هموستاتیک عروقی

گیره های هموستاتیک باید قبل از آزمایش MR ، به صورت خارج از بدن ارزیابی گردند ، اگر چه هیچ کدام از 6 گیره هموستاتیک عروقی که مورد ارزیابی قرار گرفت انحراف در میدان مغناطیسی ایستا پیدا نکرد .

فیلترها و STENT

پانزده وسیله داخل عروقی مورد آزمایش قرار گرفت و ثابت شد که پنج عدد از آنها فرو مغناطیسی می باشند . اگر چه آنها در میدان مغناطیسی انحراف از خود نشان می دهند ولی این وسیله ها معمولاً بعد از چند هفته در داخل دیواره رگ نفوذ کرده و حرکت آنها نامتحمل می گردد . بنابراین انجام تصویربرداری MR برای اکثر بیماران با وسیله های داخل عروقی در صورتی که دوره زمانی قابل قبولی بعد از کاشت ، گذشته باشد ایمنی در نظر گرفته می شود .
گیرنده های عروقی سرخرگ گردنی ( کاروتید )
پنچ گیره ( عروق ) سرخرگ کاروتید مورد آزمایش قرار گرفت و همه انحراف را در میدان مغناطیسی نشان دادند . اگر چه انحراف در مقایسه با حرکت ضربانی عروق کاروتید به میزان کمی بود . تنها در مورد گیره کاروتید Poppen_Blaylock استفاده از MR به علت جذب شدید آن به میدان مغناطیسی منع گردیده است .
ورودی های دستیابی عروقی Vascular Access Ports
تنها دو عدد از 33 ایمپلنت ورودی دستیابی عروقی مورد مطالعه قرار گرفت ، انحراف قابل مشاهده در میدان مغناطیسی از خود نشان دادند این انحرافات در کاربرد چنین ورودی هایی به میزان کم در نظر گرفته شد بنابراین تصویربرداری تقریباً ایمن می باشد .

دریچه های قلبی

اگر چه کاربرد MR در بیماران با اغلب ایمپلنت های دریچه ای ایمن در نظر گرفته می شود ولی چون دریچه هایی وجود دارند که تمامیت آنها آسیب می بینند بررسی دقیق نوع دریچه توصیه می شود .

ایمپلنت های گوش

تمام ایمپلنت های حلزونی مورد آزمایش جذب میدان مغناطیسی شدند و از نظر مغناطیسی و الکتریکی فعال می باشند بنابراین آنها کاملاً جزء موارد عدم استفاده از MRI شناخته شده اند .

ایمپلنت و وسایل مواد دندانی

اغلب آنها برای تصویربرداری MR ایمن در نظرگرفته می شوند با وجود این که اکثر وسایل دندانی به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثی میدان مغناطیسی قرار نمی گیرند . آرتی فکت های تاثیرپذیری می تواند کیفیت تصویر را در MR خصوصاً در تصویربرداری گرادیان اکو تحت تأثیر قرار دهد .

عوارض انرژی هسته ای

عوارض انرژی هسته ای

ما هر روزه در معرض مقادیر اندکی از تشعشع های ناشی از منابع طبیعی (عناصر موجود در خاک یا پرتو های خورشیدی) و منابع مصنوعی (دستگاه های الکترونیکی مثل مایکروفر و تلویزیون، تجهیزات و روش های تشخیصی و درمانی پزشکی مثل دستگاه های اشعه ایکس) قرار می گیریم.

خطر تجهیزات الکترونی

استفاده از انرژی هسته ای برای مصارف صلح آمیز، در کنار منافع و مزایای بسیاری که برای کشور ها به ارمغان می آورد، خطرات و چالش های بهداشتی و زیست محیطی متعددی را نیز ممکن است با خود در پی داشته باشد، به خصوص زمانی که به کارگیری انرژی هسته ای از قالب کنترل شده خارج شود و اصول ایمنی و حفاظتی مربوطه رعایت نشود. هر گونه کوتاهی و اهمال کاری در این خصوص، عوارض جبران ناپذیری برای سلامت انسان و محیط زیست به همراه خواهد داشت. یک انفجار هسته ای ناخواسته یا تعمدی، نشت مواد رادیواکتیو از رآکتور های آسیب دیده یا فرسوده نیروگاه ها یا مراکز فناوری هسته ای، بروز آلودگی رادیواکتیو در حین حمل، جابه جایی و ذخیره سازی سوخت و زباله اتمی و آلوده شدن محیط و افراد درگیر عواقب فاجعه باری خواهند داشت. تشعشعات ساطع شده از هسته اتم های رادیواکتیو یا انفجار کنترل نشده ناشی از هم جوشی (fusion) یا شکافت (fission) هسته ای، خطرهایی برای انسان و محیط زیست به دنبال دارد که به خطرات هسته ای (nuclear hazards) معروف است.

•سوانح هسته ای

خطرات استفاده غیرمعقول از انرژی هسته ای عمدتاً به دنبال بروز سوانح هسته ای (nuclear accidents) نمود عملی پیدا می کند. چنین حوادثی می تواند در یک نیروگاه هسته ای یا هر مکانی که در آن، مواد رادیواکتیو استفاده یا ذخیره و حمل می شود، روی دهد. سوانح هسته ای می تواند نتیجه بروز یک حادثه در نیروگاه هسته ای، انفجار بمب اتمی یا آزمایش سلاح های هسته ای، نشت تصادفی مواد رادیواکتیو از دستگاه های صنعتی یا پزشکی، و یا انتشار تعمدی این مواد در یک عملیات تروریستی باشد. عامل سانحه هسته ای می تواند فروگدازش بخش مرکزی (core meltdown) یک رآکتور اتمی باشد. در این حالت، به دلیل داغ شدن بیش از حد بخشی از رآکتور که شکافت هسته ای در آن اتفاق می افتد، استوانه های سوخت اتمی و دیگر بخش های رآکتور دچار گدازش شده و مقادیر خطرناکی از مواد رادیواکتیو به محیط اطراف نشت پیدا کرده و موجب آلودگی می شوند. اصولاً در آلودگی رادیواکتیو(radioactive contamination) ممکن است هوا، آب، خاک، سطوح، ساختمان ها، انسان ها، گیاهان یا حیوانات به ذرات رادیواکتیو آلوده شوند. زمانی که ماده رادیواکتیو به شکل گرد یا مایع در تماس با پوست، مو یا لباس قرار گیرد آلودگی از نوع خارجی است. در آلودگی داخلی، ماده رادیواکتیو از طریق تنفس، خوردن یا آشامیدن، زخم باز یا با جذب پوستی وارد بدن می شود. برخی از این مواد در بدن باقی مانده و در اندام های مختلف رسوب می کنند در حالی که انواع دیگر از طریق عرق، ادرار یا مدفوع دفع می شوند. بشر در چند دهه اخیر با به خدمت گرفتن انرژی هسته ای برای مقاصد نظامی یا صلح آمیز، با حوادث متعددی روبه رو شده که عاملشان خطای انسانی یا نقص فنی دستگاه ها و تجهیزات بوده که در بعضی موارد با عوارض شدید و جبران ناپذیری نظیر آسیب یا مرگ انسان ها همراه بوده اند، ولی در بسیاری موارد با وجود نشت تصادفی مواد و بروز آلودگی، تاثیرات آنی چندانی به دنبال نداشته اند. در برخی موارد، نظیر برخورد زیردریایی های اتمی با هم و یا سقوط هواپیما های بمب افکن حامل سلاح هسته ای، آلودگی ایجاد نشده و تنها، خطر رادیواکتیویته و احتمال وقوع حوادث ناخواسته باعث نگرانی جهانیان شده است. با توجه به پنهانکاری احتمالی دولت ها یا صنایع، به سختی می توان وسعت سوانح مزبور را تعیین کرد، یا حتی برخی مواقع، اصلاً متوجه شد که چنین وقایعی روی داده است. تاکنون هیچ موردی از انفجار تصادفی سلاح های هسته ای روی نداده است. اولین سانحه هسته ای ثبت شده به انفجار محفظه هگزافلوراید اورانیوم در آزمایشگاه ملی اوک ریج آمریکا (دوم سپتامبر ۱۹۴۴) برمی گردد که با مرگ دو نفر و جراحت سه نفر دیگر همراه بود. نخستین فاجعه خطرناک هسته ای در ۱۲ دسامبر ۱۹۵۲ در رآکتور NRX مرکز چاک ریور (Chalk River) کانادا روی داد. در اثر فروگدازش هسته این رآکتور، هزاران کوری (واحد اندازه گیری رادیواکتیویته) از محصولات رادیواکتیو وارد اتمسفر شد و ۳۸۰۰ متر مکعب آب آلوده به کانال های کم عمقی که از رودخانه اتاوا چندان دور نبودند، وارد شد.بدترین حادثه در تاریخ انرژی هسته ای، در ۲۶ آوریل ۱۹۸۶ در مرکز هسته ای چرنوبیل در نزدیکی کی یف اوکراین روی داد. فروگدازش هسته ای در یکی از رآکتور های این مرکز موجب بروز آتش سوزی و انفجارهای پی درپی شد که مرگ ۳۱ نفر از ساکنان محل همراه را در پی داشت. ابری از مواد رادیواکتیو قسمت بزرگی از اروپا، از غرب شوروی گرفته تا اروپای شرقی و اسکاندیناوی را پوشاند. حدود ۱۳۵ هزار نفر فوراً مناطق اطراف چرنوبیل و نزدیک به ۸۰۰ هزار نفر نواحی بارش رادیواکتیو در اوکراین، بلاروس و روسیه را ترک کردند. منطقه ای به وسعت ۱۰ هزار کیلومتر مربع برای مدتی نامعلوم از سکنه خالی شد. به سختی می توان تعداد دقیق تلفات را مشخص کرد. آمار رسمی، میزان تلفات را تا ۳۰۰ هزار نفر اعلام می کند ولی بسیاری معتقدند که این تعداد قریب ۴۰۰ هزار نفر باشد. کشور های روسیه، بلاروس و اوکراین متحمل هزینه های سنگینی برای رفع آلودگی ها و مراقبت های بهداشتی شده اند. هنوز عوارض طولانی مدت این فاجعه کاملاً روشن نشده است. برای رآکتور های ناوبری، کشتی ها و زیردریایی های اتمی نیز حوادث مشابهی روی داده که با آلوده شدن خدمه و محیط و بعضاً تلفات همراه بوده است. در یکی از این حوادث، به دنبال خراب شدن خنک کننده رآکتور و نشت مواد رادیواکتیو در یک زیردریایی شوروی در سال ۱۹۶۰سه نفر از خدمه به جراحت های پرتوتابی دچار شدند. در بسیاری موارد نداشتن آگاهی های لازم و اهمال کاری های فردی موجب بروز حوادث و گاهی فجایعی شده است. به عنوان نمونه، در سال ۱۹۸۳ یک تبعه مکزیک دستگاه رادیوتراپ مستعملی را اوراق کرد، بدون آنکه از خطرهای آن آگاه باشد. بدین ترتیب، در هنگام انتقال، مقداری از مواد (کبالت-۶۰) روی کف کامیون و جاده منتهی به محل فروش قطعات اوراقی ریخت. در اوراق فروشی نیز ۶۰ کارگر شاغل و اکثر آهن آلات موجود آلوده شدند. وی کامیون خود را دو ماه در داخل شهر پارک کرد و موجب آلودگی ۲۰۰ نفر دیگر شد. انتقال آهن آلات آلوده به یک کارخانه ذوب آهن، موجب آلوده شدن ۵ هزار تن فولاد تولیدی شد که قرار بود در ساخت تجهیزات آشپزخانه و ساختمان استفاده شوند. مقداری از این وسایل به آمریکا و کانادا صادر شد. آلودگی مزبور به طور تصادفی و در جریان تحویل تجهیزات ساختمانی به یک مرکز مجهز به سنجش پرتوتابشی در آمریکا کشف شد.البته آزمایش های سلاح های هسته ای آمریکا و شوروی در جریان جنگ سرد را نیز نباید فراموش کرد که علاوه بر اثرات زیست محیطی نامطلوب، در مواردی، با مسمومیت پرتوتابی و مرگ انسان هایی همراه می شد که در آن نزدیکی حضور داشتند. (نظیر فاجعه مرگ ماهیگیران ژاپنی به دنبال بارش رادیواکتیو ناشی از انفجار بمب آزمایشی آمریکا در اقیانوس آرام در سال ۱۹۵۴)
تنها مورد به کارگیری سلاح های اتمی در جنگ، بمباران هسته ای شهر های هیروشیما و ناکازاکی ژاپن توسط آمریکا در جنگ دوم جهانی (۶ و ۹ آگوست ۱۹۴۵) بود که نتیجه آن تخریب این دو شهر و مرگ ۱۰۰ هزار نفر از ساکنان در هنگام انفجار و بسیاری دیگر بعد از آن بود.

• تاثیرات نامطلوب بر بهداشت و سلامت

ما هر روزه در معرض مقادیر اندکی از تشعشع های ناشی از منابع طبیعی (عناصر موجود در خاک یا پرتو های خورشیدی) و منابع مصنوعی (دستگاه های الکترونیکی مثل مایکروفر و تلویزیون، تجهیزات و روش های تشخیصی و درمانی پزشکی مثل دستگاه های اشعه ایکس) قرار می گیریم. دانشمندان تخمین می زنند که هر یک از شهروندان آمریکایی، سالانه، به طور متوسط، یک سوم «رم» (rem) تشعشع دریافت می کند. («رم» واحدی برای سنجش میزان تشعشعی است که یک شخص دریافت می کند.) حدود ۸۰ درصد موارد تماس ناشی از منابع طبیعی و ۲۰ درصد بقیه از منابع غیرطبیعی (عمدتاً پرتو های ایکس پزشکی) است.
قرار گرفتن در معرض تشعشع های یونیزان ممکن است با آسیب های جسمی و ژنتیکی همراه باشد. عوارض پرتوتابی ممکن است تا چندین سال پنهان بماند. این اثرها بسته به میزان پرتو جذب شده (absorbed dose) در بدن (مقدار انرژی ای که عملاً توسط بافت ها جذب می گردد)، نوع تشعشع، منبع تماس و طول مدت تماس، از اثرهای خفیفی نظیر قرمزی پوست تا تاثیرات شدیدی مثل سرطان و مرگ تغییر می کند. تماس با مقادیر بالای تشعشعات می تواند سبب مرگ در چند روز یا چند ماه شود. تماس با مقادیر کمتر می تواند خطر ابتلا به سرطان یا دیگر عوارض طولانی مدت را افزایش دهد. بارش رادیواکتیو ناشی از انفجار سلاح های هسته ای یا نشت نیروگاه های هسته ای، تشعشع های نامحسوس حاصل از ترکیب های طبیعی خاک (نظیر خاک های حاوی اورانیوم)، قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس، می تواند موجب «بیماری پرتوتابی» (radiation sickness) شود.

• بیماری پرتوتابی

«بیماری یا مسمومیت پرتوتابی» (Radiation poisoning) که تحت عنوان «سندرم حاد پرتوتابی» (Acute Radiation Syndrome)که به اختصار ARS خوانده می شود در اثر تماس بیش از اندازه کل بدن یا بخش بزرگی از آن با تشعشعات یونیزان حاصل از منابع پرتوتابی طبیعی یا صنعتی به وجود می آید. اصطلاح مزبور عموماً به مشکلات حادی اشاره می کند که به دنبال تماس با میزان بالای تشعشع در یک دوره زمانی کوتاه بروز می کنند. بعد از بمباران هیروشیما و ناکازاکی، یک درصد از کسانی که از انفجار اولیه زنده مانده بودند در اثر دریافت تشعشعات بیمار شده و مردند. نگرانی عمده بعد از حادثه چرنوبیل نیز همین موضوع بوده است.
تماس با تشعشعات زمانی به بیماری پرتوتابی منجر می شود که:
۱- میزان تشعشع بالا باشد (مقدار تشعشعات در کار های پزشکی نظیر عکسبرداری قفسه سینه با اشعه ایکس پایین تر از آن است که موجب ARS شود ولی دوز های رادیوتراپی مورد استفاده در درمان سرطان ممکن است آن قدر بالا باشد که موجب این بیماری شود).
۲-تشعشعات قدرت نفوذ بالایی داشته باشند یعنی بتوانند به اندام های داخلی برسند.
۳- کل بدن یا بیشتر آن، تشعشع دریافت کند.
۴- زمان دریافت تشعشعات کوتاه و معمولاً چند دقیقه باشد.
بسیاری از علائم بیماری نتیجه تاثیر تشعشعات یونیزان در روند تقسیم سلول هایی است که به طور طبیعی تکثیر سریعی دارند (نظیر سلول های پوششی لوله گوارش). با افزایش میزان دریافت تشعشع، بیماری حادتر شده و احتمال مرگ نیز بیشتر می شود. تماس طولانی مدت با تشعشعات می تواند موجب بروز سرطان شود. علائم اولیه ARS شامل تهوع، استفراغ و اسهال است که در عرض چند دقیقه تا چند روزپس از تماس ظاهر شده و به مدت چند دقیقه تا چندین روز ادامه می یابد. پس از آن شخص برای مدت کوتاهی احساس سلامت می کند ولی دوباره بیمار شده و دچار بی اشتهایی، خستگی، تب، تهوع و استفراغ، اسهال و حتی کما می شود. ممکن است آسیب پوستی (تورم، سرخی و خارش)، ریزش مو، خونریزی، التهاب دهان و گلو نیز روی دهد. در اثر تخریب مغز استخوان که با عفونت و خونریزی داخلی همراه است احتمال مرگ وجود دارد. روند بهبودی در نجات یافتگان از چند هفته تا دو سال طول می کشد.

• تاثیرهای نامطلوب بر حیات گیاهی و جانوری

بارش های رادیواکتیو ناشی از انفجارهای عمدی یا غیرعمدی هسته ای و نشت مواد رادیواکتیو به ویژه زباله های هسته ای ذخیره شده یا در حال حمل می تواند با آلوده ساختن خاک، هوا، آب و منابع غذایی که حیات جانداران به آنها وابسته است، اثرهای زیست محیطی فاجعه باری بر جای بگذارند. بشر تنها موجودی نیست که تحت تاثیر تابش های رادیواکتیو قرار می گیرد. حشرات، ماهیان، دوزیستان و خزندگان، پرندگان، پستانداران و کلاً تمام جانوران اهلی و وحشی می توانند آلوده شوند. به خصوص جانوران وحشی، بی خبر از محدودیت های اعمال شده در مناطق آلوده، هر کجا که دلشان بخواهد می روند و لذا در معرض آلودگی قرار می گیرند. به عنوان مثال چند سالی است شکارچیانی که جواز شکار گوزن را در محدوده حفاظت شده مجاور تاسیسات Y-۱۲شهر اوک ریج (Oak Ridge) آمریکا (شهری که در سال ۱۹۴۲ به عنوان یک مرکز تحقیقاتی در زمینه فناوری مواد مورد نیاز برای ساخت اولین بمب اتمی بنا شد) می گیرند، مجبورند گوزن های شکار شده را برای انجام آزمایش ها به مرکزی در آنجا ببرند. بررسی ها مرتباً از وجود لاشه های آلوده ای خبر می دهد که بایستی ضبط شوند. صد ها غاز در این محدوده و در آبگیر های بزرگ آن که عمدتاً آلوده اند لانه سازی و تغذیه می کنند. بسیاری از گونه های مهاجر نیز درهنگام عبور، این آبگیر ها را برای استراحت برمی گزینند. با توجه به بالا بودن خطرآلودگی در این پرندگان، آنها را مرتباً از نظر جذب رادیواکتیویته آزمایش می کنند. حتی آلودگی قورباغه های منطقه نیز گزارش شده است. مواد رادیواکتیو بر حیوانات نیز عوارض جسمی و ژنتیکی برجای می گذارند. مقادیر بالای تشعشع موجب اسهال شدید و نکروز پوستی وسیع و مقادیر متوسط آن سبب بی اشتهایی، رخوت، استفراغ، اسهال، سپتی سمی و پان سیتوپنی (کمبود تمام عناصر سلولی خون) می شود. در این موارد مرگ بسیار شایع است. تماس مزمن در برخی موارد سبب آب مروارید، نواقص مادرزادی، جهش های ژنی غیرطبیعی و انواع تومور های سرطانی می شود. گیاهان نیز ممکن است دچار آلودگی رادیواکتیو شوند. مثلاً در سال ۱۹۹۰ معلوم شد که علف های محدوده Y-۱۲ آلوده هستند. در بررسی سال ۱۹۸۸ تعدادی درخت اقاقیای آلوده شناسایی شد که ظاهراً به دلیل نشت مخازن ذخیره سازی زیرزمینی و جذب مواد رادیواکتیو از طریق ریشه آلوده شده بودند. امکان بروز جهش ژنی در گیاهان مناطق آلوده وجود دارد. چنانچه پس از حادثه چرنوبیل گزارش هایی مبنی بر مشاهده جهش های غیرطبیعی در برخی از گیاهان و پیدایش انواع عجیب و غریب منتشر گردید.حیوانات و گیاهان در مقایسه با انسان، از نظر مقاومت رادیولوژیک تنوع زیادی دارند، لذا اثرهای نامطلوب آلودگی رادیواکتیو بر فلور و فون مناطق آلوده متغیر است. به سختی می توان عوارض زیست محیطی طولانی مدت را پیش بینی کرد.
منبع:آفتاب

شبیه‏سازى از دیدگاه شهید مطهری

شبیه‏سازى از دیدگاه شهید مطهری

شما تمام نگرانى‏تان از این است که نکند روزى یک موجود زنده و بالخصوص انسان را بسازند . من نمى‏فهمم این نگرانى چه نگرانى‏اى است؟ اگر انسانها انسان را ساختند یا گیاه را ساختند، آنوقت مگر انسانها گیاه را خلق کرده‏اند؟ این عالم قانونى دارد که از آن تخلف نمى‏کند; یعنى اگر آن مجموع شرایط مادى براى پیدایش یک گیاه به وجود آید یا - به قول کسانى که قائل به روح و نفس هستند - اگر مجموع شرایط براى اینکه یک کودک (نفس) متولد شود به وجود بیاید (به هر وسیله به وجود بیاید; مى‏خواهد عوامل طبیعت آن را به وجود آورند یا انسانها) محال است که او به وجود نیاید . این را با مثالى ذکر کنم - در مثال بهتر مى‏شود مطلب را گفت - و آن این است:
دو نفر با هم سر تلویزیون مباحثه دارند . تلویزیون گیرنده‏اى را مى‏بینند که عکسها و تصویرهایى را نشان مى‏دهد . این دو نفر در یک چیز با هم اتفاق دارند و آن دستگاه گیرنده است . یکى از این دو نفر مى‏گوید این تصویرها روى صفحه را همین دستگاه، خودش ایجاد مى‏کند; خاصیت همین دستگاه است که ایجاد مى‏کند . دیگرى معتقد است که یک دستگاه فرستنده دیگر هست که امواجى را پخش مى‏کند و هر وقت‏یک دستگاه گیرنده به این کیفیت‏ساخته شود، در هر جا که باشد، صورت آن را منعکس مى‏کند . بعد آن کسى که مدعى است دستگاه فرستنده‏اى نیست که تصویر از آنجا مى‏آید و این خود همین دستگاه است که این تصویر را مى‏سازد، مى‏گوید الآن با دلیل ثابت مى‏کنم; وقتى مثل همه تلویزیونهاى دیگر شد، به جبر و ضرورت خاصیت آنها را پیدا مى‏کند، یعنى آن دستگاه فرستنده‏اى که همیشه در حال فرستادن (تصویر) است و یک «آن‏» از کار خودش غافل نیست، طبعا (تصویر را در آن) منعکس مى‏کند .
خدا که انسان نیست که انسان هوسباز بخواهد باشد . اگر ما به دنیاى دیگرى و به عالم ارواح قائل باشیم، معنایش این است که هر چه در این دنیا پیدا شود (مى‏خواهد به دست‏بشر پیدا شود، مى‏خواهد به دست دیگرى) (خارج از قانون خلقت نیست). مگر الان انسانها انسان نمى‏سازند؟ همین الان هم انسانها انسان مى‏سازند، الان هم موت و حیات به دست انسانهاست; یعنى یک زن و شوهر دلشان بخواهد بچه به وجود بیاید به وجود مى‏آید، دلشان بخواهد به وجود نیاید به وجود نمى‏آید . پس بگوییم اینها در کار خدا دخالت کرده‏اند؟ حرف کلیسا راجع به مساله جنین بسیار حرف غلطى است که مى‏گویند اگر کسى بخواهد بچه متولد نشود و جلوگیرى کند، در کار خدا مداخله کرده است . همیشه مردم در کار خدا به این معنا مداخله مى‏کنند . آن کشاورزى هم که کشاورزى مى‏کند، در کار خدا مداخله مى‏کند . قرآن هم مى‏گوید: «افرایتم ما تحرثون، ءانتم تزرعونه‏ام نحن الزارعون‏» . در همان کار کشاورز، قرآن چیزى از آن را از او مى‏داند و چیزى از آن را - که از او نیست و از دستگاه خلقت است - از خودش مى‏داند . کشاورز کار خودش را انجام مى‏دهد، یعنى زمینه را مساعد مى‏کند و این عالم خلقت است که آن را ایجاد مى‏کند نه کشاورز .
یک چیز را من براى همیشه به شما قول مى‏دهم و آن این است که براى هزارها سال دیگر هم بشر قادر نخواهد شد که بکلى خارج از قانون خلقت موجودى را ایجاد کند، مثلا انسانى ایجاد کند که هیچ ارتباطى با عالم خلقت نداشته باشد . علم انسان هر چه پیش مى‏رود، در جهت‏شناخت قوانین خلقت پیش مى‏رود و از همان قانون موجود خلقت استفاده مى‏کند . کدام قانون را بشر در عالم خلق کرده است؟
بلا تشبیه - البته جسارت نباشد - نمرود به ابراهیم (ع) گفت: خداى تو کیست؟ گفت: «ربى الذى یحیى و یمیت‏» .(نمرود) گفت: «انا احیى و امیت‏» من هم احیا و اماته مى‏کنم . دستور داد دو نفر را از زندان آوردند، یکى را سر بریدند (و یکى را آزاد کردند). این واضح است که مغلطه است، عین این مغلطه جناب عالى راجع به خواب . شما چرا راجع به خواب مى‏گویید؟ راجع به میراندن بگویید . چرا مثال روى خواب آوردید؟ اولا این آیه قرآن نیست که فرمودید: «همان طور که مى‏میرید زنده مى‏شوید» ، این حدیث است . فرمودید خواب (تلقین مغناطیسى) چون در اختیار انسانهاست جنبه مادى دارد . اولا این جنبه مادى و غیرمادى که شما یک دیوار عظیمى در اینجا قائل شده‏اید، کجاست؟ شما چرا اصلا براى مردن مثال به خواب زدید؟ درباره خود مردن صحبت کنید، بگویید اگر مردن یک جنبه ماوراءالطبیعى باشد، پس باید هیچ کس نتواند کسى را بکشد، چون قرآن مى‏گوید: خدا قبض روح مى‏کند ملک الموت مى‏آید قبض روح مى‏کند . خدا مى‏گوید: «الله یتوفى الانفس حین موتها» ; اگر خدا قبض روح مى‏کند، پس هیچ کس نباید بتواند کس دیگرى را بمیراند . نه، اینها با هم منافات ندارد . آن کارى که بنده مى‏کند غیر از کارى است که خدا مى‏کند . بنده شرایط بقاى حیات را در اینجا از بین مى‏برد . از نظر قرآن این به معنى فانى شدن و تمام شدن نیست . وقتى که این شرایط معدوم شد، یک چیزى هست که قبض مى‏شود، یک چیزى هست که از اینجا برده مى‏شود، یک چیزى هست که دیگر امکان بقا ندارد و چون امکان بقا ندارد گرفته و برده مى‏شود . پس اینها با همدیگر به هیچ وجه منافات ندارد .
من 10- 15 سال پیش (همان وقت که صحبت این بود که آن دانشمند ایتالیایى جنین را در خارج رحم پرورش مى‏دهد و روزنامه‏ها سرو صداى زیادى راه انداخته بودند و روى همین (جهت) پاپ هم (این کار را) تحریم کرده بود که این دخالت در کار خداست و چنین و چنان) مقاله‏اى نوشتم تحت عنوان «قرآن و مساله‏اى از حیات‏» و همین مساله را آنجا طرح کردم .
بنابراین مساله روح هیچ وقت‏با این حرفها باطل نمى‏شود که مثلا اگر روزى بشر قادر شد انسان بسازد و فرض کنیم و اقعا از نطفه هم نسازد، سلولى مثل سلول مرد را از ماده دیگرى بسازند و در خارج رحم پرورش دهند و یک انسان تمام بسازند، (در این صورت روح باطل است; خیر) این به این مساله ارتباطى ندارد .
در مساله روح، کسانى که بحث مى‏کنند، در واقع همین تعبیر است که آیا انسان همه ابعاد وجودش همین ابعاد محسوس است‏یا یک بعد وجودى دیگرى هم دارد که آن بعد وجودى در وقتى که شرایط آن به وجود آمد به وجود مى‏آید، همین طورى که اگر شرایطى به وجود آید این ابعاد وجودى‏اش به وجود مى‏آید . در این جهت هیچ فرقى بین همان مثال تلویزیون و ما وجود ندارد . پس شما نگران نباشید; اگر روزى هم هزارتا انسان بسازند، با مساله روح هیچ ارتباط ندارد .
حالا اگر ما وارد خود مساله روح قطع نظر از قرآن بشویم مساله دیگرى استا ما فعلا روى قرآن بحث مى‏کنیم . شما فعلا باید روى قرآن بحث کنید و من بى‏میل هم نیستما بالاخره مساله‏اى است که ما روى آن غرض خاصى ندارى‏م، اگر رفقا مصلحت مى‏دانند که روى خود مساله روح هم به طور کلى بحثى کنیم بحث مى‏کنیم .
در کتاب ذره بى‏انتها گواینکه از نظر خود آقاى مهندس بازرگان بحثشان ادامه بحثهاى راه طى شده است، ولى از نظر ما بکلى غیر از آن بحثهاست و بحث‏بسیار صحیحى است . از نظر ما این بحث، صد در صد بحث صحیحى است و رد نظریه‏اى است که ایشان در راه طى شده داده‏اندو ما بعد روى این قضیه بحث‏خواهیم کرد و مطلب درست همان است . این که ایشان در آن‏جا اینهمه روى کلمه «امر» در قرآن تکیه کرده‏اند، اگر غیر از آقاى مهندس بازرگان مى‏بود مى‏گفتیم حتما حرفهاى دیگران را که در چندین صد سال پیش گفته‏اند، از کتابهاى دیگران برداشته‏اند در کتاب خودشان نقل کرده‏اند، ولى چون مدانیم که استنباط ایشان با مراجعه به کتابهاى دیگر نبوده، از نظر من واقعاا خیلى قابل تحسین بود که چیزى را که دیگران بعد از سالها دقت و مطالعه از قرآن استنباط کرده‏اند، عین همان استنباط را ایشان کرده‏اند، البته با یک اختلافات جزئى که عرض مى‏کنم .
ایشان تعبیر مى‏کنند که قبا عالم را با دو عنصر توجیه مى‏کردند و با دو عنصر جهان را نمى‏شود توجیه کرد، عنصر دیگرى نیز لازم است . یک تصحیح مختصر باید کرد که آن چیزى را که خودشان امر یا روح مى‏نامند . به صورت یک عنصر در عرض الن دو عنصر (که این سه تا بخواهند با همدیگر ترکیب شود) نمى‏شود تصویر کرد . البته آن همم تعبیر است; نه اینکه سه چیز با یکدیگر ترکیب مى‏شوند و از مجموع مرکب یک شى‏ء یک شى‏ء درست مى‏شود; یک چیزى است که بهترین تعبیر از تعبیرات امروزى تعبیر «بعد» است: یک بعد دیگر . فرق است‏بین اینکه بگوییم روح بعد دیگرى است از انسان و اینکه بگوییم یکى عنصر دیگرى است از عناصر که انسان از مجموع عناصر ترکیب شده است . ابعاد با یکدیگکر ترکیب نمى‏شوند7 ابعاد جهات مختلف یک شخصیت‏اند، ولى عناصر را معمولا ما در جایى مى‏گوییم که اینها یک وقعیت جدایى از همدیگر دارند و بعد مى‏آیند با همدیگر ترکیب مى‏شوند و مرکب به وجود مى‏آورند . ابعاد، شخصیت چدا از هم ندارند، نه اینکه قبلا شخصیت جدایى داشته‏اند، هر بعد قبلا وجود داشته، بعد آم‏ده‏اند با همدیگر ترکیب شده و ضمیمه شده‏اند و یک مرکب به وجود آورده‏اند، مثل ابعاد سه‏گانه جسم . به این شکل نیست . حالا آن باشد بارى بعد . به هر حال خوساتم این نگرانى را جناب عالى نداشته باشید .
مطلب دیگرى که در مساله لغو و عبث‏بودن خلقت فرمودید، من به اعتراض کردند شما حق مى‏دهم ولى به
اعتراض شما نه; یعنى شما حق داشتید اعتراض کنید چون بیان من ناقص بود و تعمد هم داشتم ناقص بگذرم، ولى اعتراض شما درست نیست . این هم که من گفتم مبنى بر مساله روح است که مى‏خواهم توضیح دهم، یعنى مى‏خواهم بگویم که قرآن نمى‏خواهد بگوید رد این خلقت جسمانى شما چیزى هست که به درد نمى‏خورد . بآن تشبیه بود که من به مساله جنین مثال زدم . البته من در اینکه از قرآن حتما این استفاده مى‏شود تردید دارم ولى حرف من این بود و خیلى از اشخاصى که این آیات را توجیه کرده‏اند این طور توجیه کرده‏اند، مى‏خواهند بگویند که عنصر بقاى بعد از مرگ الان در شما وجود دارد، همان مساله عالم برزخ که عالم برزخ بعد از این خلق نمى‏شود; شما الان اینجا یک وجود مثالى برزخى دارید، الان همراه شما هست . حکمت این چشم و گوش شما همانهایى است که الان شما دارید مى‏بینید ولى شما لان اعضا و جوارح دیگرى، اندام دیگرى و خصوصیات دیگرى دارید که آنها در این وجود جسمانى شما نظیر اعضا و جوارح جسمانى شماست در عالم رحم; سنخ آنها اساسا از سنخ این عالم نیست، از سنخ عالم برزخ است . اینکه من آن را این‏قدر توضیح ندادم، چون تا ما مساله روح را بحث نکنیم، ذ گفتنش اینجا زائد است . ما خواستیم بگوییم اصلا عنصر قیامت (یعنى آنچه از ما در برزخ مباقى مى‏ماند و آنچه در قیامت‏شخصیت ما را تشکیل مى‏دهد) الان وجود دارد و اگر این که با ما هست اینجا معلدوم شود نظیر این است که نهایت‏سیر جنین پایان رحم باشد، که اگر مسام‏له روح ثابت‏شود این بیان من درست است و اگر ثابت نشود غلط است . اعتراض کردن شما صحیح بود نه نفس حرف شما; چون من عمدا بیان را ناقص گذاشتم حق داشتید اعتراض کنید، ولى بیان من بر اساسى است که باید بعد روى آن بحث کنیم .
ایراد سوم شما مساله مجازاتها بنود . اینجا باز من خیال مى‏کنم که شما هنوز گیر معنایى که ما مى‏گوییم، همام‏ن مفهوم تادیب کرن، تنبیه کردن، تشفى پیدا کردن یا تهدید کردن، اسباب عبرت دیگران فراهم کردن . عرض کردیم که نه، مفهوم مجازات اخروى این نیست، به این معنا: در مثال تکوین که ذکر کردم، مثال دیگرى هم آقاى تدکتر . . ذکر کردند که من از زبان ایشام‏ن مى‏گویم: در مجازات تکوینى اگر ما مجازات مى‏گوییم، التبه لفظ آن با لفظ مجازاتهاى اجتماعى یکى است ولى ماهیتش دوتاست . کسى که در اثصر یک هرزگى پیچ دقیقه‏اى دچاز بیماریهاى سفلیس و نظیر آن مى‏شود و بعد تا آخر عمر دامنگیرش مى‏شود و احیانا در نسلش هم تا چند نسل ادامه پیدا مى‏کند، ما به آن مى‏گوییم مجازات . در این طور موارد عرض کردیم جاى حرف نیست که کسى بگوید تناسب وجود ندارد، چون آن را براى این وضع نکرده‏اند که شما بگویید حالا که بارى این وضع کرده‏اند مى‏خواستند کمترش را وضع کنند . آن مجازات نتیجه قهرى و جبرى این عمل است; یعنى این راهى است ککه نهایتش آن است . شما نمى‏توانید به خدا اعتراض مکنید که این راهى که من همین‏طور از این طرف در پیش مى‏گیرم و آخرش منتهى مى‏شود به مثا افغانستان، تو یک کارى بکن که من از این راه بروم ولى به افغانستان نرسم . این محال است . شما مى‏توانید مثلا بگویید که‏اى کاش نم نبودم، عالمى نبود، اما نمى‏توانید بگویید که‏اى کاش من بودم، عالم هم مى‏بود، راه هم مى‏بود و من هم از این طرف مى‏رفتم ولى به افغانستان منمى رسید . چنین چیزى محال است . من مى‏خواهم امسال بروم مکه، ولى به قول سعدى به طرف ترکستان راه مى‏افتم . حال چه عیبى داشت‏خدا چنین درست مى‏کرد که من به سژطرف ترکستان مى‏رفتم ولى به کعهبه مى‏رسیدما این محال است . شما اگر مى‏توانید، بگویید اى کاش عالمى نمى‏بود، منى نمى‏بودم، راهى نمى‏بود، کعبه‏اى هنمى بود، ترکستانى نمى‏بود، نه اینکه اینها مهم همین طورى که هستند باشند و من هم از این راه بروم ولى به آنچا نرسم . از آن راه رفتن نهایتش این است، محال است غیر از این باشد; این توهم ماست که ما از اینجا برویم و به آن نتیجه نرسیم . چون رآن راهها را خیلى واضح مى‏بینیم، شما هیچ‏وقت عوامترین عوام را پیدا نمى‏کنید که دعا کند خدایا من از اینجا مى‏روم به طرف شمال ولى تو کارى کن که به مازندران نرسم; ولى چون راههاى دیگر جنبه راه بوندنش بر مردم مخفى است، این است که این توقعات را مى‏کنند که از این راه بروند ولى به تنیجه و نهایتش نرسند . پس مساله این نیست که چیزى را وضع کرده باشند . آنوقت وظیففه یک نفر عالم یا هادى و پیغمبر اعلام است; اعلام مى‏کند که از این راه نرو که طبعا و قرا به آن نتیجه مى‏رسى، و خداى ارحم‏الراحمین با اینکه ارحم‏الراحمین است و رحمتش هم غیر متناهى است، معذلک تبدیل نمى‏کند، چون اصلا محال است، یعنى یک تصور غلط است و نمى‏تواند واقعیت‏باشد .
در مساله مجازاتهاى اخروى شما گفتید همه چیز دست‏خداست . البته همه چیز دست‏خداست اما آیا «همه چیز دست‏خداست‏» یعنى خداوند محالى را ممکن و ممکنى را محال مى‏کند؟ محال، دیگر بالذات محال است . گفتیم در مساله مجازاتها - آنطورى که ما در کتاب عدل الهى نگفتیم یا در اینجا بیان کردیم - اگر ما باشیم . قرآن، ئقرآن مى‏گوید این خود عمل شماست نه چیز دیگذرى . شما مى‏توانید از خدا این توقع را داشته باشید که من نباشم تا این عمل را ایجاد کنم و اساسا عمل ایجاد نشود، نه اینکه عمل ایجاد شود ولى خودش خودش نباشد . قرآن مى‏گوید آن عقرب گزنده جراره قیامت که چنین تو را مى‏گزد، همان گزیدنى است که تو در دنیا در قلان ساعت مرتکب شدى; یک وجهه دیگرش باقى است; وجود این جهانى‏اش معدوم مى‏شود، وجود آن جهانى‏اشت‏باقى است; تو خیال مى‏کنى معدوم شد، وقاعا باقى است . در مورد فرزند، مگر مى‏شود کارى کرد که فرزند کسى فرزند او نباشد؟ مثلا فرزندى از زنا از کسى متولد شود، بعد بگوییم کارى کنیم که این فرزند فرزند او نباشد . نه، دیگر وقتى فرزند او شد فرزند اوست; فرزند او فرزند اوست . وقتى که ماهیت عمل شما این شد و این عمل هم بالذات باقى است و فنا در آن تصور ندارد، دیگر این هست . شما درباره آن مثال فرمودید که در آنجا خالق دره یکى است و واضع قانون کس دیگر و نمى‏شود به واضع قانون گقت تو این کار را نکن ولى در اینجا مى‏توان گفت . نه، اینجا هم نمى‏شود گفت . اینجا هم همان خالق اینها یعنى آن کسى که سررشته کار در دست اوست، خالق قانون و نظام عالم ما را راهنمایى و هدایت کرده، گفته این عمل را مرتکب نشو که‏اى‏ن عمل تو این است، غیر از عمل تو چیز دیگرى نیست .
قرآن در عین اینکه تعبیر به جزا و مجازات مى‏کند - مسلم در این جهت رعایت فهم مردم را کرده، چون از نظر اثر تربیت نظیر مجازاتهاى قرارداى است - مى‏گوید: «فمن یعمل مثقال ذره خیرا یره، و من یعمل مثقال ذره شرا یره‏» هر کسى کوچکترین عمل خیرى کند او را مى‏بیند، کوچکترین عمل شرى کند او را مى‏بیند . ما از باب اینکه به عقلمان نمى رسد که «او را مى‏بیند» یعنى چه مى‏گوییم من عمل خیرى کردم، عمل خیر معدوم شد رفت، یعنى چه او را مى‏بینم؟ مى‏گوییم نه، یک چیز دیگرى را مى‏بیند که جزاى آن است، یعنى جزاى آن را مى‏بیند . مى‏گوى: «یوم تجد کل نفس ما عملت من خیر محضرا و ما عملت من سوء تودلو ان بینها و بینه امدا بعیدا» روزى که هر کسى عمل خیر خودش را - خود عمل را مى‏گوید - حاضر شده مى‏بیند و عمل بد خودش را همچنین حاضر شده مى‏بیند . در این زمینه آیات زیادى در قرآن داریم .
اگر نخواهیم تعبیر «ما قدمت‏یداه‏» را توجیه و تاویل کنیم و نخواهیم در قرآن تصرف کنیم، یعنى چیزى که به دست‏خود آن را پیش فرستاده است . این آیه را جلسه پیش خواندم که: «یا ایها الذین امنوا اتقوا الله و اتنظر نفس ما قدمت لغد» تعبیر «پیش فرستاده‏» مى‏کند . بر این مبهنا ایرادى وارد نیست; بر مبناى کسانى که مجازات اخروى را از نوع مجازات دنیوى یعنى یک امر جداى از عمل و فقط از توابع قوانین دنیا مى‏دانند ایراد وارد است که اگر خدا قانونى وضع نکرده بود که اصلا نه بهتى بود، نه جهنمى، نه عذابى، هیچ چنین چیز بود که از نوع کارهاى بشرى بود، جاى این حرفها بود: حالاکه مى‏خواهد یک مجازاتى در ازاء عمل ما وضع کند پس باید متناسب باشد; و تازه اشکال پیش مى‏آمد که در این صورت فایده‏اش چیست؟ خدا مى‏خواهد تشفى پیدا کند یا مى‏خواهد اسباب عبرت دیگران را فراهم کند یا مى‏خواهد ما را تادیب کند؟ آنجا که هیچکدام از اینها موضوع ندارد .
منبع:کلونینگ

ژنتیک و شبیه سازی

ژنتیک و شبیه سازی

شاید این روزها که اخبار متفاوت و گسترده ای از کاربرد این تکنولوژی در رسانه ها می شنوید، کنجکاو شده باشید که این کار چگونه انجام می شود و ثمرات آن چیست؟ این پرونده پاسخی است به کنجکاوی شما. اگر چه ممکن است کمی عجیب به نظر برسد ولی بد نیست بدانید که موجودات شبیهسازی شده، همیشه در میان ما وجود داشتهاند. البته نساخته شده در آزمایشگاه و با استفاده از تکنولوژی ، بلکه منظورهمان دوقلوهای مشابهی است که به طور طبیعی خلق شدهاند.
شاید شما اولینبار نام تکنولوژی شبیهسازی را زمانی که گوسفندی به نام دالی در سال ۱۹۹۷ با استفاده از این تکنولوژی به دنیا آمد شنیده باشید ولی بشر از مدتها قبل از به دنیا آمدن دالی، از این تکنولوژی استفاده کرده است.
حدود ۵ هزار سال قبل از میلاد مسیح، انسانهای اولیه متوجه شدند اگر دانههایی را که توسط گیاهان غنیتر و مقویتر تولید میشوند، بکارند، میتوانند پس از مدتی عین همان غله غنی و مقوی را برداشت کنند. این کار اولین قدم در دستکاری زندگی یک موجود زنده برای برآوردن نیازهای انسانی بود. موضوعی که هدف اصلی و نهایی شبیهسازی است.
پس از گذشت حدود ۷ هزار سال و پیشرفت روزافزون علم، دانشمندان به فکر همانندسازی مهرهداران افتادند. سال ۱۹۵۲، دو دانشمند به نامهای رابرت برکینز و توماس کینگ موفق به شبیهسازی بچه قورباغههایی شدند که درست مثل حیوان اصلی و اولیه بودند. این بچه قورباغههای کوچک به عنوان نخستین حیوانات شبیهسازی شده در تاریخ مشهورند. پس از آن تحقیقات در این زمینه سرعت بیشتری گرفت.
سال ۱۹۹۶ و پس از گذشت چیزی حدود ۴۴ سال، تلاشهای وسیع دانشمندان برای تولید اولین پستاندار شبیهسازی شده به نتیجه رسید و گوسفندی به نام دالی در جولای آن سال به دنیا آمد. این کاررا دکتر جانویلیوت و همکارانش در موسسه روزلین اسکاتلند و با استفاده از هسته یک سلول از سلولهای پستانی یک میش بالغ و جایگزین کردن آن با هسته یک سلول تخمک انجام دادند. در همین زمان و با بروز نگرانیهایی در جامعه از امکان شبیهسازی انسانی و خطرات ناشی از آن، بیلکلینتون رئیس جمهور وقت آمریکا دستورالعمل ممنوعیت استفاده از بودجههای دولتی برای انجام تحقیقات شبیهسازی انسانی را صادر کرد.
با این وجود، سال ۲۰۰۱ دکتر پانابیوتیس زاووس از متخصصان مشهور باروری در آمریکا و تیم تحقیقاتی وی اعلام کردند که صدها نفر از مردم برای انجام آزمایش به منظور تولید بچههای شبیهسازی شده داوطلب شدهاند. این موضوع باعث شد تا سایر کشورها نیز به فکر قانونمند کردن عمل شبیهسازی انسان بیفتند.
در این میان، انگلستان اولین کشوری بود که عمل شبیهسازی انسان را به طور موثری قانونمند کرد البته طی این مدت ، تولید سایر حیوانات شبیهسازی شده در کشورهای مختلف ادامه یافت و حیواناتی نظیر اسب، گاو، موش، سگ و گربه همانندسازی شدند. سال ۲۰۰۳، اولین پستاندار به دنیا آمده با استفاده از تکنولوژی همانندسازی یعنی دالی در ۶ سالگی و به دلیل ابتلا به یک بیماری ریوی با انجام تزریق کشنده فوت کرد، ولی تکنولوژی همانندسازی همچنان راه خود را ادامه میدهد.

اسرار همانند سازی

برای انواع مختلف شبیهسازی، تکنولوژیهای متفاوتی وجود دارد. تکنیک انتقال هسته سلول سوماتیک (ScNT) تکنیکی است که بیشتر از همه برای شبیهسازی تولید مثلی پستانداران استفاده میشود. در این روش موجود تولید شده، همان مواد ژنتیکی هستهای حیوان اولیه را خواهد داشت.
دالی، اولین پستاندار شبیه سازی شده، با استفاده از تکنولوژی انتقال هسته سلول سوماتیک به دنیا آمد. برای فهم بهتر این تکنولوژی باید مروری به سیستم تولید مثل در موجودات زنده داشته باشیم. در بدن هر پستاندار زنده، تخمک در جنس مونث و اسپرم در جنس مذکر، تنها سلولهایی هستند که نقش تولید مثلی دارند و به عنوان سلولهای تولید مثلی یا سلولهای جنسی معروفند. به تمامی سلولهای غیر از آنها، سلول سوماتیک یعنی سلول غیرتولید مثلی یا سلول بدنی گفته میشود.
هر سلول سوماتیک دارای دو سری کامل از کروموزومهاست، در حالی که سلولهای تولید مثلی هر کدام فقط یک سری دارند. پس از لقاح و آمیزش، اسپرم و تخمک با هم یکی میشوند و سلول تخم را به وجود میآورند. سلول تخم، دارای دو سری کامل از کروموزومهاست که یک سری را از اسپرم (پدر) و یک سری را از تخمک (مادر) گرفته است.
برای ساختن دالی با استفاده از تکنولوژی انتقال هسته سلول سوماتیک، دانشمندان یک سلول سوماتیک را از بافت پستان یک گوسفند بالغ جدا کردند. آنها سپس هسته آن سلول را به یک سلول تخمکی که هستهاش را قبلا برداشته بودند، منتقل کردند.
هسته هر سلول در حقیقت مغز یک سلول را تشکیل میدهد و حاوی تمام مواد ژنتیکی و اطلاعاتی است که سلولها برای زندگیشان لازم دارند. درواقع تفاوت در همین مواد ژنتیکی است که موجب میشود هر کدام از ما منحصر به فرد بوده و با سایرین تفاوت داشته باشیم.
در مرحله بعد، دانشمندان سلول تخمک را - که دارای هسته جدید (از سلول دهنده) است - به کمک مواد شیمیایی و جریان الکتریکی به تقسیم سلولی تحریک کردند. پس از چند تحریک شیمیایی، سلول تخمک با هسته جدیدش درست شبیه سلول تخمی که بهتازگی بارور شده باشد، عمل کرد. بعد از آنکه رویان شبیهسازی شده به مرحله مناسب و خوبی رسید، آن را به رحم یک میزبان ماده منتقل کردند تا در آنجا به تکاملش تا هنگام تولد ادامه دهد.
در نهایت، دالی به همین ترتیب در سال ۱۹۹۶ به دنیا آمد. او یک کپی ژنتیکی دقیق و کامل از گوسفند ماده بالغی بود که هسته سلول سوماتیکش را جایگزین هسته یک سلول تخمک کرده بودند. دالی اولین پستانداری بود که از یک سلول سوماتیک بالغ شبیهسازی شده بود.
نکته مهمی که دانشمندان به آن اشاره میکنند، این است که دالی یا هر موجود دیگری که با استفاده از تکنولوژی انتقال هستهای تولید شده، ۱۰۰ درصد مشابه موجود اولیه نیست. این شباهت چیزی در حد ۹۹/۷ درصد است، زیرا در این تکنولوژی تنها هسته سلول دهنده وارد تخمک بدون هسته میشود، حال آنکه مقداری از مواد ژنتیکی مهم در خارج از هسته و داخل میتوکندریها وجود دارند.
میتوکندریها قسمتی از سلول هستند که خارج از هسته و داخل سیتوپلاسم یک سلول قرار دارند و به عنوان منابع تولید قدرت، انرژی و متابولیزم سلولی عمل میکنند. میتوکندریها دارای قطعات کوچکی از DNA هستند و برخی از مواد ژنتیکی در فرآیند شبیهسازی از میتوکندریهای سیتوپلاسم میآیند. اینکه این موضوع به چه مقدار تغییرات در یک موجود شبیهسازی شده منجر میشود، در حال بررسی است.

شبیه سازی با روش های معمولی تولید مثل چه تفاوتی دارد؟

بارور شدن یک تخمک به وسیله یک اسپرم (روش معمولی تولید مثل) و روش انتقال هسته سلول سوماتیک هر دو منجر به یک نتیجه میشوند و آن به وجود آمدن رویان است. یک رویان از سلولهایی که دو سری کامل کروموزوم دارند، تشکیل شده است. تفاوت این دو روش در منشا آن دو سری کروموزوم است.
در باروری معمولی، اسپرم و تخمک هر کدام دارای یک سری کروموزوم هستند و زمانی که این دو به هم متصل میشوند، تخم بارور دارای رشته های کروموزومی خواهد بود که یک سری از پدر (اسپرم) و یک سری از مادر (تخمک) گرفته شدهاند ولی در روش انتقال هسته سلول سوماتیک برای انجام شبیهسازی، هسته سلول تخمک - که دارای تنها یک سری از کروموزومها است - برداشته و با هسته سوماتیک - که دارای دو سری کامل از کروموزومهاست ، جایگزین میشود. بنابراین، رویان حاصل شده از این روش هر دو سری کروموزمهایش را فقط از یک سلول سوماتیک منفرد گرفته است.

شبیه سازی چه خطراتی دارد؟

شبیهسازی تولید مثلی موجودات زنده در حال حاضر یک عمل گران و غیرموثر است. بیش از ۹۵ درصد تلاشهای شبیهسازی برای تولید یک موجود زنده شکست میخورند و ممکن است بیش از ۱۰۰ فرآیند انتقال هستهای برای تولید یک موجود شبیهسازی شده، لازم باشند. دالی پس از ۲۷۶ مرتبه تلاش برای عوض کردن هسته تخمک، به دنیا آمد. این ۲۷۶ تخمک در مجموع ۲۹ رویان تولید کردند و از میان آنها تنها دالی زنده ماند.
علاوه بر این، تنها ۷۰ گوساله پس از ۹هزار مرتبه تلاش برای همانندسازی به دنیا آمدند. یک سوم از این گوسالهها طی مدت کوتاهی جان خود را از دست دادند و بسیاری از آنها در هنگام مرگ به طور غیرعادی بزرگ بودند. بد نیست بدانید که اولین اسب شبیهسازی شده یعنی پرومته پس از ۳۲۸ بار تلاش به دنیا آمد.علاوه بر شانس موفقیت کم، بررسیها نشان دادهاند حیوانات همانندسازی شده غالبا عملکرد ایمنی مختل شده بیشتر و میزان بالاتری از ابتلا به انواع عفونت، سرطان و سایر اختلالات را دارند.
برخی دانشمندان علت مرگ اولین پستاندارد شبیهسازی شده (دالی) را پیری زودرس ناشی از شبیهسازی میدانند ولی دکتر یان ویلموت معتقد است که مرگ زودرس دالی ارتباطی با شبیهسازی نداشته و به دلیل یک عفونت تنفسی شایع در میان گوسفندها بوده است.یک مشکل اصلی در شناخت عواقب شبیهسازی آن است که متاسفانه بسیاری از حیوانات شبیهسازی شده به اندازه کافی زنده نماندهاند. این موضوع باعث شده است تا دانشمندان اطلاعات کافی در مورد اینکه حیوانات شبیهسازی شده چگونه زندگی کرده و پیر میشوند، به دست بیاورند.سالم به نظر رسیدن در سن کم به تنهایی یک نشانه خوب برای بقای طولانی مدت موجودات شبیهسازی تلقی نمیشود.
در حقیقت این حیوانات به دلیل مردن اسرارآمیزشان شهرت دارند. به عنوان مثال، نخستین گوسفند شبیهسازی شده استرالیایی پیش از مرگ کاملا سالم و سرحال به نظر میرسید و نتایج کالبدشکافیها نتوانستند علت مرگش را مشخص کنند.در سال ۲۰۰۲، پژوهشگران موسسه وایتهد در ماساچوست آمریکا اعلام کردند که رگهای موشهای همانندسازی شده دارای اشکالاتی هستند. آنها در تجزیه و تحلیل بیش از ۱۰/۰۰۰ سلول کبد و جفت موشهای همانندسازی شده، متوجه شدند که در حدود ۴ درصد از عملکرد ژنها غیرعادی بوده است. به عقیده دانشمندان تغییراتی در فعالیت طبیعی آنها و یا بروز یک سری ژنهای خاص علت بروز این اشکالات هستند.
یک مشکل دیگر به ویژه در مورد همانندسازی گونههای منقرض شده آن است که در این موارد به طور طبیعی نمونه منفرد شبیهسازی شده به تنهایی قادر به خلق یک جمعیت بارور کننده دیگر نخواهد بود. علاوه بر این، حتی در صورتی که هر دو جنس مذکر و مونث آن موجود زنده وجود داشته باشند، معلوم نیست که آیا آنها در غیاب والدینی که بایستی به آنها رفتار طبیعیشان را بیاموزند قادر به زندگی خواهند بود یا خیر.غیر از موارد فوق، ممکن است همانندسازی برخی از حیوانات منقرض شده نظیر دایناسورها در آینده دور خطرات بالقوه زیادی را برای انسانها داشته باشند. فیلم پارک ژوراسیک که صرفا یک فیلم علمی - تخیلی بود مو را بر تن راست میکرد. حال فکر کنید اگر این علم و تخیل به واقعیت تبدیل شود چه اتفاقاتی ممکن است در جهان روی دهد.

شبیه سازی حیوانات منقرض شده

کسانی که کتاب پارک ژوراسیک را خوانده و یا فیلم آن را دیدهاند بیشتر از سایرین با این مورد استفاده شبیهسازی آشنایی دارند. بازسازی مواد ژنتیکی گونههای منقرض شده از مدتها قبل مدنظر دانشمندان بوده است. یکی از مواردی که اخیرا دانشمندان در حال کار بر روی آن هستند، یک نوع ماموت پشمالو است.
متاسفانه تلاشها برای گرفتن مواد ژنتیکی از ماموتهای یخ زده تاکنون موفقیتآمیز نبودهاند. مشکل اصلی این است که در این گونه موارد سلول تخمک و رحمی که قرار است سلول همانندسازی شده در آن کاشته شوند از گونههای متفاوتی هستند. این موضوع امکان موفقیت عمل شبیهسازی را بسیار مشکل ساخته است. علاوه بر این، برای همانندسازی گونههای منقرض شده باید یک DNA سالم و کامل وجود داشته باشد. با این وجود درحال حاضر یک تیم روسی ـ ژاپنی در حال بررسی و کار بر روی همانندسازی ماموتها هستند.

درمان با کلون سازى

کلون سازى درمانى عبارت است از به وجود آمدن بلاستوسیست بیمارى که داراى عارضه تخریب سلولى است. این بلاستوسیست که اساساً یک توده سلولى است مى تواند کشت داده شده و تبدیل به سلول هاى بنیادى شود. یک سلول بنیادى سلولى است که مى تواند به طور دائم رشد کرده و به انواع متفاوتى از سلول ها انشقاق یابد. برخى از این سلول ها و مواد حاصله از آنها مى توانند استخراج شده و به بیمارانى که دچار ضایعه تخریب سلولى هستند تزریق شوند. فایده چنین تکنیکى آن است که به لحاظ مشابهت سلول هاى تزریق شده سیستم ایمنى بیمار هیچ گونه مقاومتى نسبت به آنها ایجاد نمى کند. بیمارى هایى که مى توانند از این طریق مورد معالجه قرار گیرند عبارتند از بیمارى هاى قلبى، دیابت، پارکینسون و بسیارى دیگر از بیمارى هایى که موجب تخریب سلولى مى شوند. مخالفت اصلى که با این شیوه از مداوا صورت مى گیرد از این واقعیت ناشى مى شود که این شیوه متضمن به وجود آوردن یک جنین انسان و سپس از بین بردن آن براى به دست آوردن سلول هاى بنیادى است. این مخالفین معتقدند که گزینه هاى دیگرى براى به دست آوردن سلول هاى بنیادى وجود دارد که متضمن از بین بردن جنین نیست. مجادلات علمى پیرامون کلون سازى انسان بر حول محور حقوق یک فرد نازا یا یک زوج که خواهان بچه دار شدن بدون دخالت دولت هستند، دور مى زند. در این میان دولت یا سیستم هاى قانون گذار از حقوق کودکى دفاعى مى کنند که ممکن است با مخاطره قابل توجه نقص عضو ناشى از اقدامات مربوط به کلون سازى روبه رو شوند واضح است آنچه مخاطره قابل توجه اطلاق مى شود مفهوم دقیق علمى ندارد. افرادى که ممکن است والدین بالقوه اى باشند تحت شرایط مختلف ادراک متفاوتى از مخاطره تولیدمثل خواهند داشت. درک یک زوج چهل سال به بالا از مخاطره به دنیا آوردن یک نوزاد ناقص الخلقه از ادراک یک زوج ۲۰ ساله متفاوت است. اگر ثابت شود که مخاطره داشتن نوزاد ناقص الخلقه پس از کلون سازى کمتر از ۳ درصد است در آن بخش بزرگى از مخالفت هاى علمى با این روش متوقف خواهد شد ولى بدون شک مخالفت هایى که جنبه هاى مذهبى و اخلاقى دارند همچنان باقى خواهند ماند. یک راه حل قاطع براى از میان بردن تردید علمى در مورد این تکنیک این خواهد بود که آزمایشات جامعى در زمینه کلون سازى انسانریخت ها صورت گیرد. بدون شک در حال حاضر شواهد علمى لازم براى تائید و رد این تکنیک در دست نیست. مجادله علمى درباره کلون سازى درمانى انسان بر حول محور منافع پزشکى این شیوه در مقابل هزینه هاى از میان بردن یک جنین در مراحل اولیه تکوین آن دور مى زند. بسیارى برآنند که جنین یک انسان است و بنابراین تمام حقوق انسانى را بدان نسبت مى دهند. از دیدگاه این گروه از میان بردن یک جنین جنایت است. در هنگام مجادله درباره حقوق جنین چندین نکته مى بایست در نظر گرفته شود. مراحل اولیه جنین در پستانداران توده اى سلولى است که حتى فاقد سلول هاى اولیه عصبى است. بنابراین به سادگى نمى توان حقوق اساسى فرد را به این توده سلولى بخشید. حقوق مربوط به سقط جنین در بسیارى از کشورها زوجین را در سقط جنین مجاز شمرده است. بیش از ۷۰ درصد از جنین هایى که محصول روابط جنسى طبیعى اند شانس اتصال به دیواره رحم را پیدا نمى کنند. اگر هر یک از این جنین ها صاحب حقوق اساسى انسانى بودند مى بایست شکست تلاش هاى پزشکى در بقاى آنها را معادل جنایت تعریف کرد. این واقعیتى است که ملاحظات اخلاقى مى بایست واقعیت هاى جامعه را درک کند. ارزش کدام یک از این دو در یک جامعه بیشتر است. زندگى یک فرد بالغ یا کودکى که از بیمارى هاى تخریب کننده سلولى رنج مى برد یا جنین ۵روزه اى که چیزى بیشتر از یک توپ پر از سلول نیست؟ به طور خلاصه باید در نظر داشت که ریسک کلون سازى در انسان به طور کامل مشخص نشده است. بدون شک تحقیقات آتى مى توانند ایمنى روش هاى کلون سازى براى مادر و نوزاد را مشخص سازند، ولیکن سایر اعتراضات به ویژه اعتراضات دینى و اخلاقى باقى خواهند ماند. دانش ما در حال حاضر نشان مى دهد که کلون سازى درمانى بسیار موثرتر از شیوه هاى دیگر براى به دست آوردن مواد مورد نیاز براى مقابله با بیمارى هاى کشنده است، رها کردن این شیوه از درمان به معناى نادیده گرفتن پیشرفت هاى قابل توجه علمى و همچنین تسلیم میلیون ها بیمار به مرگ زودرس، بدبختى و ذلت پایان ناپذیر است. آیا این دنیاى جسور نویى است که در آینده در آن خواهیم زیست.

روش های شبیه سازی

دانش شبیه سازی همانند سایر فناوری ها دانشی خنثی است، به این معنی که شبیه سازی مانند چاقویی تیز و برنده است، چاقویی که می تواند ابزار جنایت باشد یا ابزاری مفید برای کارهایی سودمند. با وجود این شبیه سازی برخلاف دورنمای منفی که برای آن تصور می شود، قابلیت های مثبت فراوانی دارد.
کلون کردن به معنی تکثیر غیرجنسی است. کلونینگ از طریق مهندسی ژنتیک در گیاهان، حیوانات و باکتری ها برای تولید انبوه با کیفیت خاص انجام می گیرد. با استفاده از فناوری شبیه سازی می توان نسل های درحال انقراض را نجات داد، از مزایای شبیه سازی در پرورش حیوانات اهلی می توان به استفاده از تعداد محدودی از حیوانات پرتولید با هزینه نگهداری کمتر و افزایش سریع پیشرفت ژنتیکی اشاره کرد. از اهداف شبیه سازی در آزمایشگاه های کشورهای مختلف می توان به امکان بازیابی جوانی، کمک به پیشگیری از حملات قلبی، استفاده از سلول های بنیادی برای ترمیم سلول های مغز و بافت های سوخته، درمان نازایی، درمان ژن های معیوب، درمان سرطان و کاربردهای نظامی اشاره کرد.
شبیه سازی (cloning) یکی از پیشرفته ترین یافته های بشر در زمینه علم پزشکی و مهندسی ژنتیک است که هر مرحله از پیشرفت آن با جنجال های فراوانی همراه بوده است.
امکان شبیه سازی انسان از زمانی در مجامع علمی مطرح شد که دانشمندان اسکاتلندی در مؤسسه روسلین «دالی» را تولید کردند. این گوسفند شبیه سازی شده که به «دالی گوسفنده» مشهور شده بود، گوسفندی بود که تولید آن در سراسر دنیا با عکس العمل های متفاوتی از جنبه های علمی و اخلاقی مواجه شد.
این کار که در سال ۱۹۹۷ از سوی مجله نیچر به عنوان مهم ترین دستاورد علمی سال انتخاب شده بود، افق جدیدی درعلم ژنتیک درپیش روی دانشمندان گشود و امیدواری های فراوانی را برای بهبود زندگی انسان ها ایجاد کرد.
به دلیل حساسیت های فراوانی که تولد دالی دربرداشت، رسانه ها و مطبوعات توجه خاص وفراوانی را به پدیده شبیه سازی نشان دادند، اما این نوع از شبیه سازی تنها یک نوع خاص از روش های موجود شبیه سازی است.
کلون سازی به معنای به وجود آوردن موجوداتی است که ازنظر ژنتیکی مشابه یکدیگر باشند که این کار از دو طریق قابل انجام است:

۱) تقسیم جنینی

در این گونه از تقسیم، جنین درمراحل اولیه رشد خود به دو یا چند قسمت تقسیم می شود و هر قسمت تقسیم شده به یک موجود مستقل تبدیل می شود. هر تکه از جنین قابلیت تبدیل شدن به یک جنین کامل را دارد. به همین روش دوقلوهای تک تخمی به وجود می آیند که از نظر ژنتیکی کاملاً به یکدیگر شبیه اند.
این گونه از کلون سازی در حیواناتی مانند موش، میمون و گوسفند انجام می شود. از همین روش در انسان تا قبل از مرحله اتصال جنین به دیواره رحم استفاده شده است. اخیراً دانشمندان کشورهای مختلف اعلام کرده اند که این روش از کلون سازی یک روش پزشکی است که باید تحت کنترل اخلاقی شدید قرار بگیرد.

۲) انتقال هسته سلولی

در این روش از کلون سازی، هسته سلول به بستری که از قبل فراهم شده است، انتقال می یابد و با توجه به آماده بودن این بسته برای رشد و تکثیر سلول هسته سلول تکثیر شده و موجود جدید به وجود خواهدآمد.

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 . به منظور تداوم بخشیدن به قابلیت حیات سلول با منجمد کردن و نگهداری آن در دمای بسیار پایین شیوه ای است که دانشمندان از سال 1700 به کار گرفته اند ، این فرآیند قابلیت حیات سلول را تا زمان نا محدودی به حالت تعلیق در می آورد. این فن آوری به طور معمول برای نگهداری semen، رویان وانواع سلول و بافت های انسان و حیوانات کاربرد دارد و سلولها میتوانند بیش از نیم قرن قابلیت حیات خود را حفظ کنند.
هدف از این روش در شبیه سازی تولید موجوداتی با توانایی تولیدمثل است. در این روش در مرحله خاصی از تقسیم سلولی، هسته سلول های سوماتیک را که هسته آن ها حاوی تمامی ژن های موجود است، جداکرده و پس از تیمار الکتریکی یا شیمیایی، این هسته را در داخل یک تخم لقاح نیافته که هسته آن از قبل خارج شده است، قرارمی دهند و سپس مجموعه حاصل را در رحم مادری که به طور مصنوعی شرایط آبستنی درآن تلقیح شده لانه گزینی می کنند. در نهایت موجود جدید کاملاً شبیه فردی خواهدبود که سلول سوماتیک از آن گرفته شده است.

شبیه سازی رویانی

این روش همان روشی است که در طبیعت در تولد دوقلوها یا چندقلوها اتفاق می افتد. در این روش در شروع مراحل تقسیم جنینی پس از لقاح یعنی قبل از جداشدن سلول های جنینی یک سلول را جدا و با تحریکات فراوان این سلول را به ادامه تقسیم تا حد به وجود آمدن یک جنین مستقل وادار می کنند.

شبیه سازی درمانی

در این شیوه از شبیه سازی، ابتدا با استفاده از سلول های سوماتیک شبیه سازی انجام می شود و در مرحله اول جنینی از رویانی که حاوی چندسلول است تعدادی سلول جدا و در محیط کشت ایزوله سلول موردنظر تکثیر می شود. هدف از این روش از کلونینگ تولید بافتی است که فرد از دست داده است.

مراحل شبیه سازی

۱) هسته زدایی ازتخمک گیرنده
۲) انتقال سلول دهنده به درون تخمک گیرنده
۳) ایجاد پیوستگی میان سلول دهنده و تخمک گیرنده
۴) کشت درانکوباتور
۵) انتقال رویان درحال رشد به داخل رحم
کاربردها و اهمیت شبیه سازی
شبیه سازی به معنی تولید مثل به روش غیرجنسی از افراد انتخاب شده به گونه ای است که نسل ایجاد شده از آنها از نظر محتوای ژنتیکی کاملا شبیه همتای خود باشد. اساس شبیه سازی ، انتقال هسته سلول (پیکری یا بنیادی) به تخمک بدون هسته می باشد.فرآیند انتقال هسته شامل ۲قسمت اساسی است:
۱) خروج هسته از تخمک
۲) جایگزین کردن آن با سلول دهنده.این تکنیک برای اولین بار در سال ۱۹۳۸ میلادی از سوی هانس اسپمن انجام شد. مشکلات بسیاری در راه شبیه سازی پستانداران وجود داشت تا آن که محققان اسکاتلندی توانستند گوسفند کلون شده به نام دالی (Dolly) را تولید کنند. به این ترتیب آنچه در ذهن محققان و دانشمندان غیر ممکن می نمود، امکان پذیر شد و شبیه سازی آرام آرام مسیر ترقی و پیشرفت خود را طی کرد.

انواع شبیه سازی

۲ نوع شبیه سازی وجود دارد:
۱) شبیه سازی تولید مثلی که باهدف بقای نسل و دارا شدن فرزندی همتای والد (از نظر محتوای ژنتیکی) صورت می گیرد. در این روش از سلول سوماتیک یا پیکری برای انتقال هسته استفاده می شود.
۲) شبیه سازی درمانی که هدف اصلی آن به دست آوردن سلول بنیادی جنینی است که بتوان از آن در درمان ناتوانی ها و بیماری ها (بخصوص بیماری های تحلیل برنده) استفاده کرد. از آنجا که سلول بنیادی (سلولهای تمایز نیافته ای که با شرایط مناسب دارای توانایی تمایز به انواع سلولهای بالغ هستند) چند ظرفیتی است ، به نظر می رسد شبیه سازی با استفاده از چنین سلولهایی برای به دست آوردن بافتها یا اندام های دچار مشکل ، بتواند چشم اندازی روشن از آینده ای زیباتر برای این بیماری فراهم کند.
اگرچه در ابتدای امر ، ورود شبیه سازی درمانی از نوع پیوند عضو از گونه ای دیگر ، به قلمرو پزشکی غیرممکن می نمود ، اکنون این روش به اندازه ای قدرتمند می نماید که خارج از مرزهایی که پیش از این طب را محدود کرده بود ، فعالیت می کند و امیدوار است که خدمت ارزنده ای را به بشریت تقدیم کند.

کاربرد در علوم پایه:

یکی از کاربردهای شبیه سازی در بیولوژی یا زیست شناسی تکوینی است که در آن بدقت ، روند تکوین جنین بررسی می شود و با بررسی تمایز زدایی از سلولها ، تشخیص روند تشکیل سلولهای تمایز یافته مشخص خواهد شد.

کاربرد در درمان:

تولید جنین کلون تا مرحله بلاستوسیت (مرحله ۱۶ سلولی) به منظور تولید سلولهای بنیادی جنینی که سلولهایی با توانایی بالا برای تبدیل به بافتهای مختلف و تکثیر نامحدود هستند.

کاربرد اقتصادی:

عمده ترین کاربردهای شبیه سازی از نظر اقتصادی در شبیه سازی حیوانات مزرعه متبلور می گردد که عبارتند از:
۱) تکثیر صفات ممتاز طبیعی: یک اسب قهرمان را می توان با این تکنیک تکثیر کرد.
۲) تکثیر صفات مصنوعی: به عنوان مثال گوسفند یا بزی ایجاد نمایند که در شیر آن آلبومین یا انسولین انسانی وجود داشته باشد و صدها مثال دیگر (این حیوانات را ترانس ژن گویند).
۳) نجات و حفظ گونه های در حال انقراض: با کمک شبیه سازی می توان گونه های در حال انقراض را نجات داد.

مزایای شبیه سازی :

1. تولید گونه های تراریختی : به این معنی که یک گونه حامل ژنهایی از گونه های دیگر باشد ، مثلا گاوها ،گوسفندان و بزها می توانند به این طریق تولید کننده مواد لبنی دارویی باشند.مثلا آنها میتوانند شیرهایی با ویژگی های زیر تولید کنند :
- شیر حاوی فاکتور انعقاد برای درمان هموفیلی
- شیر حاوی انسولین برای درمان دیابت
2. شبیه سازی رویانی حیوان
3. شبیه سازی رویانی انسان
با پیشرفت چشمگیری که در مورد سلول های بنیادی رویان انسان حاصل شده است میتوان با کشت این سلول ها بافت ها یا اعضای مصدوم را ترمیم یا جایگزین نمود ، میتوان پوست برای قربانیان سوختگی و سلولهای مغزی و طناب نخاعی برای افرادی که از گردن به پایین فلج شده اند تولید نمود.
با استفاده از این فن آوری زوج های نابارور میتوانند بچه دار شوندو پزشکان میتوانند به جای استفاده از موادی که برای بدن جنبه بیگانه دارند ، استخوان ،چربی ، بافت همبند یا غضروف تولید نمایند.
میتوان برای افرادی که دچارسرطان خون هستند مغز استخوان تولید نمود . توصیه میشود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی هستند و در انتظار دریافت قلب پیوندی به سر میبرند در کنار تجویز داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی از روش پیوند سلولهای بند ناف به عنوان یک روش کمکی استفاده شود.بر این اساس این ایده در دنیا مطرح شده است که نمونه سلولهای بند ناف هر شخص در ابتدای تولد گرفته شود وبرای سالهای بعد برای خود فرد ذخیره شود. با این عمل بیمار شانس بیشتری برای زنده ماندن تا زمان دریافت قلب را خواهد داشت.این روش بویژه در بیماران کهنسال که سلولهای بنیادی مغز استخوان آنها برای پیوند کافی نیست، اهمیت بالاتری دارد که این موارد اشاره جزئی به مزایای این فن آوری است.
شبیه سازی حیوانات ، یک فرآیند چند مرحله ای است که شامل:
۱) سلول اهداء کننده هسته شامل: سلولهای کومولوس (توده اپی تلیال اطراف فولیکول تخمدان) ، سلولهای سرتولی (سلولهای نگهدارنده اسپرم) ، فیبروبلاست جنینی ، سلولهای گرانولوزا، سلولهای به دست آمده از موجودات کلون شده (سلولهای نسل دوم) و سلولهای بنیادی هستند.
۲) سلول گیرنده در حال حاضر ، تخمک به عنوان تنها گیرنده هسته و منبع مهیاکننده سیتوپلاسم (چه در لقاح طبیعی یا شبیه سازی) است.
۳) خروج هسته از تخمک گیرنده روش بی هسته سازی با سوزن بسیار ظریف مخصوصی در شرایط آزمایشگاهی انجام می شود و هسته تخمک خارج شده و به یک تخمک بدون هسته تبدیل می شود.
۴) فرآیند انتقال هسته فرآیندی است که اجازه انتقال هسته یک سلول (سلول دهنده) را به دیگری (سلول گیرنده) میدهد. سلول گیرنده اغلب تخمک بالغ پستانداران است که کروموزوم آن خارج شده و در واقع حکم سیتوپلاست را داراست.
۵) کشت و انتقال جنین جنینهای بازسازی شده ، حداقل به مدت ۵روز در محیط کشت جنین نگهداری شده تا به میزان قابل قبولی از تکامل برسد و در صورت امکان ، اجازه انتقال آن به روش غیرجراحی صادر شود. در چنین فرآیندهایی ، جنین به روش لاپاراتومی و از طریق لوله رحمی به رحم منتقل می شود. بنابراین لازم است جنین مراحل ابتدایی تکامل یعنی مرحله هشت سلولی را طی کرده باشد.

شبیه سازی حیوانات اهلی موقعیت کنونی و روند آینده

می توان انتظار داشت الگویی که در آینده برای فناوری شبیه سازی مورد استفاده قرار خواهد گرفت ، در همان نخستین گام از سوی ۲ فاکتور اساسی تحت تاثیر قرار گیرد:
۱) میزان گستردگی تکنیک های حاضر (کنونی)
۲) میزان پذیرش چنین تکنیک هایی از سوی مصرف کنندگان همگام با روند پیشرفت شبیه سازی ، دانشمندان به منظور بهره وری بیشتر ، تغییرات دلخواه (شامل حذف یا اضافه کردن) ژنهای بیماری زا را در ژنوم هسته سلول دهنده ایجاد کردند. این تکنیک که هدف قرار دادن ژنها یا ترانس ژنیک خوانده می شود، خدمات ارزنده ای را در زمینه های پژوهش ، تشخیص و درمان بیماری ها ارائه می کند.

جمع بندی

کلون کردن به معنی تکثیر غیرجنسی است. کلون سازی از طریق مهندسی ژنتیک در گیاهان، حیوانات و یا حتی باکتری ها برای تولید انبوه با کیفیت خاص صورت می گیرد. از طریق این تکنولوژی می توان نسل های در حال انقراض را نجات داد. از مزایای شبیه سازی در پرورش دام های اهلی می توان به استفاده از تعداد محدودی از حیوانات پرتولید با هزینه نگهداری کمتر و افزایش سریع پیشرفت ژنتیکی گله اشاره کرد. در بهمن ماه ۱۳۸۱ انجمن ژنتیک ایران طی بیانیه ای ضمن تاکید بر حقوق اساسی انسان ها و احترام به خانواده و حقوق آن به عنوان بنیادی ترین نهاد مدنی، کاربرد صحیح و قانونمند دستاوردهای علمی چون کلون سازی در راستای بهبود درمانی و سلامت انسان را لازم دانست.

منابع :

daneshju.ir
www.Humancloning.org
www.clonaid.com
www.stemcellreport.Htm
کتاب شبیه سازی تالیف دکتر صارمی

سیاست شبیه‌سازی

سیاست شبیه‌سازی
از نکات قابل بررسی در تاریخ آمریکا این است که وقوع هر رویدادی، ایدئولوژی های کهن را از رده خارج می‌کند، بنیان ائتلافهای موجود را سست کرده و به تنش و تضاد بین احزاب و گروهها به حدی دامن می‌زند که نمی‌توان آن را نادیده گرفت. در این صورت تعهدات سیاسی قدیمی، مقبولیت خود را از دست می‌دهند و فرضیه‌های قدیمی، کمتر مورد پذیرش واقع می‌شوند.
انقلاب ژنتیک ماننده برده‌داری، حقوق مدنی و جنگ سرد در گذشته ـ یکی از همین رویدادهاست که ممکن است در زمان خود تمامی این حوزه‌ها را زیر سیطره‌ بگیرد.
در چند ماه گذشته کمیسیونهایی در سنا و کاخ سفید، شاهد بررسی و رسیدگی به شواهد و دلائل بسیار، دال بر طبیعی بودن شبیه‌سازی انسان در زمان حال بوده‌اند. تقریباً تمامی آنان شهادت دادند که موافقت اولیه با این طرح نتایج وحشتناکی را به ارمغان خواهد آورد. از جمله به دنیا آوردن کودکانی بدشکل (با صورتی دِفرمه شده) یا سقط جنین به خودی خود و همچنین خطرات ناگواری را که می‌تواند برای زنانی که اولین شبه انسانها را حمل می‌کنند، به وجود بیاورد.
صرف نظر از گروه‌هایی که حامی و مبلغ شبیه‌سازی هستند، به صراحت می‌توان گفت که عقیده جهانی درباره‌ی شبیه‌سازی انسان این است که در موقعیت کنونی این عمل نباید انجام شود.
سیاست‌های پیچیده‌ی شبیه‌سازی شدیداً به جریان تحقیقات درباره‌ی سلولهای بنیادین وابسته هستند. سلولهای بنیادین، سلولهایی متصل به هم هستند که بسیاری از دانشمندان اعتقاد دارند روزی می‌توان صدمات ناشی از خطرناکترین بیماریها را از طریق آنها درمان کرد. زمانی که پژوهشهای نویدبخش درباره‌ی سلولهای بنیادین به نتیجه رسید، تمامی دانشمندان، شادمانه‌‌ترین مژده برای انسان و بی‌نظیرترین مایه‌ی امید بشر را سلولهای بنیادین خواندند و اینکه سلولهای جنینی شبیه‌سازی شده می‌توانند یکی از منابع کلیدی در این راه به شمار آیند. پلیس فدرال تاکنون، سرمایه‌گذاری در این تحقیق را ممنوع کرده است.
ـ آیا مجاز دانستن تحقیق در مورد شبیه‌سازی سلولهای بنیادین، اولین پله به سوی شبیه‌سازی نوزادان نیست؟
ـ آیا منافع احتمالی علم ژنتیک نوین وحشت نهفته‌ی آن را توجیه می‌کند؟
ـ آیا ما می‌خواهیم به کلیه‌ی فن‌آوری‌های نوین صنعتی مسلح شویم که بلادرنگ جنین آدمی را خلق کنیم، از آن استفاده کرده و سپس در جهت نابودی‌اش گام برداریم؟
این سلولها در مورد سیاست سقط جنین [کورتاژ] نیز مطرح می‌شوند؟
جمهوری‌خواهانِ مخالف آزادیِ سقط‌جنین عمدتاً جنین را مقدس تلقی می‌کنند و بیشتر دموکراتها به آنها [جنین‌ها] مانند کلکسیونی می‌نگرند که تنها وجه عاقلانه‌شان این است که زنان باردار قادر به انتخاب ایشان بوده‌اند.
[می‌توانند قبل از بارداری انتخاب کنند که اینگونه جنین‌ها را می‌خواهند یا نه؟]
با وجود اینکه سرمایه‌گذاریها و کشیدن حصار، دشواریهای را فراروی علم نوین ژنتیک قرار داده است، ولی بی‌تردید بحث لاینحل سقط جنین [کورتاژ] را تحت شعاع قرار نمی‌دهد. سلولهای بنیادین و شبیه‌سازی شده اگرچه چشمگیر و فوق‌العاده به نظر می‌رسند ولی هنوز در ابتدای راهند.
نمایش نقشه ژنوم انسانی نه تنها چشم‌اندازی از درمان ژنتیکی بیماریهاست، بلکه بهبود ژنتیک یا چیزی که از آن به عنوان مداخله‌های هسته‌ای [تصحیح ژنتیک] یاد می‌شود است که تمامی نسلهای آینده را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
سرانجام فاصله میان درمان و بهبودی ممکن است آنقدر فراخ و دست نایافتنی باشد که روزی عقب‌افتادگی ژنتیکی به بیماری اجتماعی همه‌گیری تبدیل شود و برابری ژنتیکی بهانه‌ای برای مبارزه اجتماعی برای رسیدن به مساوات باشد.
بعضی از تحقیقات که هنوز در حال انجام هستند نظیر خلق پیوند ژنتیکی جنین انسان و حیوان، مطرح کردن شبحی است که بزرگترین کابوس علمی ـ تخیلی ما بوده، به زودی محقق می‌شود. به همین زودی چنین آزمایش‌هایی به صورت کاملاً قانونی وجود خواهد داشت. ما به اولین موج مباحثه‌ی سیاست و اخلاق در عصر ژنتیک نوین وارد می‌شویم:
ـ چه کسانی سامان‌دهنده هستند؟ چه چیزی کنترل شده است؟ چه چیزی مجاز است و چه چیزی ممنوع؟ چه رهبری ـ اگر وجود دارد ـ ایدئولوژیهای رایج گروههای محافظه‌کار، لیبرالها، جمهوری‌خواهان و دموکراتها را برای جنگ بعدی قدرتمندان رهنمون می‌شود؟
در این مباحثه منافع بسیاری وجود دارد: محافظه‌کاران مذهبی و گروههای مخالف آزادی سقط‌جنین که علم ژنتیک نوین را به مثابه توهینی به شرافت انسانی تلقی می‌کنند.
شرکتهای تولید فن‌آوری که از طریق علم محرز نشده‌ی آینده سودآوری می‌کنند.
احزاب مدافع حقوق جنسی، شبیه‌سازی را گزینشی شخصی می‌پندارند که حکومت نمی‌تواند در آن دخالتی داشته باشد؛ و گروههای مدافع حقوق بیماران که دانش ژنتیک نوین را منشأ امیدواریهای جدید می‌پندارند.
اولین اقلیت، Led by Sen است. سام برونبک Sam Brownback(R- Kan) درصدد بود تمامی پژوهشهای شبیه‌سازی انسان را ممنوع کند. این گروهِ ساختگیِ جمهوری‌خواهان و محافظه‌کاران اجتماعی، با وجود اینکه در برگیرنده‌ اعضای مساوات‌طلب، زیست‌گرایان و چپ‌گرایان طرفدار محیط زیست است، هنوز به پیشرفت تکنولوژی و در معرض نظارت دولت بودن آن مشکوک است. این جنبش طرفدار کنترل و نظارت دولت، سعی بر این دارد که بحث پژوهشی شبیه‌سازی انسانی و سلولهای بنیادین را از سیاست سقط‌جنین جدا کند، به این امید که انزجار جهانی اقوام و ملل از ایده‌ی زندگی شبیه‌سازی بشر، پیروزی قانونی را به سادگی به آنها هدیه خواهد داد.
یکی دیگر از اتحادیه‌های جدید علاقه‌مند، از گروههای موافق حقوق جنسی و شرکتهای صاحب فن‌آوری
تشکیل شده، که این اقلیت مایل به پذیرفتن موقت تحریم شبیه‌سازی جنسی هستند، به دلیل اینکه این تکنولوژی هنوز آزمایش نشده و غیرقابل اطمینان است. ولی همچنان به دنبال چیزی برای مشروعیت بخشیدن و گسترش دادن کاربرد جنین انسانی مشابه‌سازی شده برای پژوهشهای پزشکی می‌گردند. این گروهها تقریباً تمامی دموکراتهایی را که از هواداران سرسخت سلولهای بنیادین جنینی هستند و تعداد قابل ملاحظه‌ای از جمهوری‌خواهان کاپیتالیست که معتقد به اقتصاد بازار آزادند و پیشرفت تکنولوژی، حدود حزب آنها را مشخص می‌کند نه محافظه‌کاری مذهبی و دفاع از آیندگانی که هرگز چشم به دنیا نگشوده‌اند را در برمی‌گیرد.
در طبقه متوسط آمریکایی، مطابق معمول، جایی حدواسط و نامعلوم وجود دارد. خیلی از آمریکایی‌ها فکر می‌کنند سقط‌جنین کار اشتباهی است اما می‌بایست قانونی باقی بماند. آنها همچنین معتقدند که جنینهایی که قابلیت سقط شدن دارند یا در کلینیک‌های ضدبارورسازی تولید می‌شوند را می‌توان برای انجام تحقیقات پزشکی به کار برد.
آنها شبیه‌سازی انسانی را همانقدر مشمئزکننده می‌دانند که پیشینیانشان بچه‌ی آزمایشگاهی را نفرت‌انگیز می‌دانستند. ولی به نظر می‌رسد آنها در مورد اینکه جنین شبیه‌سازی شده اگر برای تحقیقات و در جهت پیشبرد علم پزشکی صورت بگیرد، رواداری نشان داده و صبور بوده‌اند، از نظر آنها هر دو مقوله‌ی اخلاقی و پیشرفت علمی جدیت می‌طلبد، ولی هویدا است که اگر از جانب علم تجربی مشکلی به وجود نیاید، بخش ابتدایی ـ اخلاقی مسأله تحت‌الشعاع هم قرار بگیرد، اعتراضی دربر نخواهد داشت.
با کنار هم گذاشتن فرضیات، این نبرد دنباله‌دار، دریایی از تغییرات را برای سیاست آمریکایی به ارمغان خواهد آورد. اگر محدودیتی وجود نداشته باشد یا تنها منع مختصر شبیه‌سازی پایان پذیرد، آنگاه تحقیقات به دو سو رهنمون خواهد شد. آنهایی که عملاً به دنبال مشابه‌سازی زنده بشری هستند می‌توانند بر روی جنین شبیه‌سازی شده، آزمایش کرده تا کاملاً به ایمنی تکنیک وقوف یابند. بنابراین سرانجام آنها می‌توانند ادعا کنند که شبیه‌سازی انسان یک اختیار ساده‌ی جنسی است. در همان زمان، دانشمندان به استفاده از جنین شبیه‌سازی شده در جهت پیشبرد بنیادی درمانهای پزشکی مبادرت خواهند ورزید. اگر موفقیت‌آمیز باشد، ممکن است به خلق فن‌آوری صنعتی جدید و یا شاید یک اقتصاد جدید منتهی شود: ژنهای اقتصادی یا اقتصاد ژنها. این کاپیتالیسم جدید ممکن است در کنار خود بسیار طبیعی‌اش، موافق حق انتخاب نیز باشد. مخالفین آزادی سقط‌جنین، موافقین تجارت، اتحادیه‌های ضدکنترل و نظارت که به صورت محافظه‌کاری در ایالت متحده شکل گرفته‌اند اگر از بین نروند، کم اهمیت نمود پیدا خواهند کرد.
اگر جمهوری‌خواه با کاپیتالیسم نوین شراکت بورزد، نویدبخش هدایت مخالفان متعهد سقط‌جنین به سوی انقلاب خواهد بود. انزجار اخلاقی که توسط مجلات منتقد محافظه‌کار ایجاد شد، از اولین جرقه‌ها برای اعلام “پایان دموکراسی” در سال 1996 بود، زیرا نهادینه کردن سقط‌جنین با جدیت تمام پاسخ داده خواهد شد. آنهایی که به قداست زندگی معتقد هستند ـ و ایمان دارند که با تولید جنین انسانی، به وسیله‌ی دستکاری ساختار ژنتیک بشر، با قانونی کردن شبیه‌سازی انسان، قداست زندگی خدشه‌دار می‌شود ـ روزی زندگی در آمریکا را غیرممکن می‌یابند.
اما اگر محدودیتی هم بر شبیه‌سازی بشر حاکم شود، بی‌ثبات و متزلزل خواهد بود. یک چنین پژوهشهای بحث‌انگیزی احتمالاً به مثابه چراغ سبزی برای کشورهای دیگر خواهد بود و اگر روشن شود که از نظر اقتصادی و پزشکی موفقیت‌آمیز بوده، سدهای حمایت و مخالفت از فن‌آوری صنعتی بسیار قدرتمندتر خواهد بود. اگر زمانی این اتفاق بیفتد، کاپیتالیستهای ژنتیکی به دموکراتها و البته نه جمهوری‌خواهان به چشم مخالفان قانون‌گرایی و موافقان صنعت خواهند نگریست.
تا آنگاه که تمامی این بخش نامعلوم باشد، همان‌طوریکه محتمل به نظر می‌رسد، پایان لیبرالیسم و محافظه‌کاری تداعی می‌شود، ائتلاف جدیدی، تقسیم‌بندی جدیدی می‌بایست به وجود بیاید. در پایان، آمریکایی که به دفعات از گزینشهای سخت گریخته، این بار می‌باید یکی از سخت‌ترین‌ها را تجربه کند: بین علم جدید با توانمندی‌های چشم‌گیرش و خطرات پیش‌بینی نشده‌اش و میان ایمان دیرین و عقل همراه با ضرورتهای پیش پا افتاده و رازهای پنهانی‌اش. محتمل به نظر می‌رسد که نسل ماست که می‌بایست این گزینش را انجام دهد ـ تصمیم‌گیری درباره نسل آینده‌ی آزمایشهای آمریکایی و چه بسا تقدیر بشریت در نهایت به آن بستگی داشته باشد. کوتاهی در بیان حقیقت باعث شده است که با وجود اینکه در دوران ماقبل از عصر ژنتیک به سر می‌بریم، عاری از هر گونه آمادگی قبلی در این زمینه باشیم.

فرآیند شبیه سازى وهنجارهاى نظام دموکراتیک

کمیته فرهنگى سازمان ملل اخیراً شبیه سازى انسانى را فرآیندى مذموم و غیرقابل قبول تلقى کرد و انجام آن را ممنوع اعلام نمود. فرآیند شبیه سازى انسانى یا کلونینگ گو اینکه نشان از بلوغ تکنولوژى در عرصه زیست شناسى به شمار مى آید اما قطعاً چالش هایى در عرصه هاى مختلف از جمله اخلاقى، دین، سیاست و انسان شناسى مى آفریند. مطلب حاضر شرح اندیشه هاى هابرماس، فیلسوف بزرگ زمانه ما در خصوص این پدیده جدید است.
شالوده مهندسى ژنتیک که اوج آن شبیه سازى انسان است، به انقلاب میکروبیولوژى برمى گردد که با کشف مارپیچ دى ان اى (DNA) یعنى ساختار بنیادین حیات و عامل پیوند و ترکیب ژن آغاز شد. کشف علمى مارپیچ دوگانه دى ان اى توسط دودانشمند به نامهاى فرانسیس کریک (۱) و جیمزواتسن (۲) از محققان دانشگاه کمبریج در سال۱۹۵۳ صورت گرفت. با این حال در دهه۱۹۷۰ بود که اکتشافات در این دنیاى عظیم به انباشت دانش قابل ملاحظه اى انجامید و افقهاى تازه اى را نمایان کرد. استنلى کوهن از دانشگاه کالیفرنیا و هربرت بویر (۳) از دانشگاه سانفرانسیسکو توانستند به کشف شبیه سازى ژنها نایل آیند. در سال۱۹۷۵ گروهى از پژوهشگران دانشگاه هاروارد توانستند ژن پستاندار را از هموگلوبین خرگوش جدا کنند و در سال۱۹۷۷ اولین ژن انسان را به طور مصنوعى بسازند.
با این کار علمى چشم انداز شگفت انگیزى در توانایى بالقوه انسان براى مهندسى حیات گشوده شد. از این پس بسیارى از شرکتهاى دارویى به تکاپو افتادند تا تحقیقات در این زمینه را تأمین مالى کنند تا با پیشبرد این تکنولوژى راه کاربرد آن در عرصه پزشکى را هموار سازند. سرمایه گذاریهاى زیادى متوجه توسعه این تکنولوژى و بهره گیرى از آن شد که بسیارى از آن به لحاظ تجارى به شکست انجامید و مشخص شد که از لحاظ علمى و تحقیقاتى هنوز کارهاى زیادى باید در این زمینه صورت گیرد؛ کارهایى که نیاز به صرف هزینه هاى کلان دارد. تأمین سرمایه لازم براى پیشبرد پروژه هاى تحقیقاتى در این زمینه از عهده شرکتهاى کوچک خارج بود و سرانجام شرکتهاى بزرگ دارویى وارد فعالیت در این عرصه شدند، اما نه براى سرعت دادن به روند تحقیقات در این زمینه، بلکه براى مهار شتاب پژوهشها و زیر کنترل گرفتن دستاوردهاى آن. این امر شتاب انقلاب تکنولوژى زیستى را در دهه۱۹۸۰ کند کرد. در اواخر دهه۱۹۸۰ دانشگاه هاروارد بودجه قابل ملاحظه اى براى تحقیقات در تکنولوژى زیستى اختصاص داد تا هم پیشرفت در این زمینه را شتاب دهد و هم از انحصار آن توسط شرکتهاى خصوصى جلوگیرى کند. سرانجام در سال۱۹۸۸ دانشگاه هاروارد تولد یک موش را که به روش مهندسى ژنتیک تولید شده بود رسماً به ثبت رساند.
به این ترتیب براى نخستین بار بشر به آفرینش حیات موفق شد و تکنولوژى حیات وارد عصر تازه اى شد. به دنبال آن دولت ایالات متحده یک کمک ۳میلیارددلارى در اختیار گروهى از پژوهشگران به رهبرى جیمز واتسن قرار داد تا با تحقیقات گسترده به شناسایى و تعیین موقعیت ۶۰ تا ۸۰هزار ژن، که در واقع الفباى حیات نوع انسان را تشکیل مى دهد، بپردازند. در قدمهاى بعدى دوتن از دانشمندان با استفاده از ابر کامپیوترها توانستند بخش مهمى از رشته رمزهاى تمامى ژنهاى انسان را استخراج کنند و یک بانک اطلاعاتى غول آسا در این حیطه فراهم آورند. (۴) با این گامها شناخت شالوده هاى رمز حیات میسر شد و شبیه سازى انسان یا در واقع تولید مصنوعى انسان امکانپذیر گردید. نگرانى هاى اخلاقى با مهندسى ژنتیک و شبیه سازى انسان تسلط بشر بر طبیعت وارد مرحله تازه اى شده است. براى نخستین بار انسان موفق شده انسانى مشابه خود را خلق کند. اما این موفقیت بزرگ در عین حال با بیمهاى بزرگى نیز همراه است. نگرانى این است که این امکان تکنولوژیک مثل بسیارى از امکانات تکنولوژیک دیگر، از جمله امکانات بیوتکنولوژى، مورد سوءاستفاده قرار گیرد.
پرسش این است که در شرایط سامان کنونى جامعه، که بر مبناى سلطه طبقاتى، گروهى و ملى قرار دارد، چه تضمینى وجود دارد که از شبیه سازى انسان به هولناکترین وجهى سوءاستفاده نشود؟ به همین دلیل بسیارى معتقدند که باید با توسل به ملاحظات اخلاقى تلاش در پیشبرد این تکنولوژى را محکوم کرد. برخى نیز به خاطر امکاناتى که این تکنولوژى به واسطه ژن درمانى در عرصه پزشکى دارد به لحاظ اخلاقى آن را قابل دفاع مى دانند. اما چشم اندازى که استفاده از این تکنولوژى در عرصه پزشکى مى گشاید، فقط بخش کوچکى از این مسأله بغرنج است. بویژه از زمانى که شبیه سازى انسان به عنوان نقطه اوج تکنولوژى مهندسى ژنتیک مطرح شد، این مسأله ابعاد تازه اى پیدا کرد. پرسشى که همراه با چشم انداز تولید مصنوعى انسان مطرح شد این بود که آیا تولید انسان به طور مصنوعى یا به تعبیر رایج به صورت شبیه سازى شده جایز است یا خیر؟ وقتى این پرسش که در وهله اول ساده مى نمود، در میان طیف هاى مختلف فکرى و روشنفکران متعلق به گرایشهاى مختلف مورد بحث همه جانبه قرار گرفت زوایاى پیچیده آن عیان شد و معلوم شد که جامعه بشرى در تصمیم گیرى نسبت به روا یا ناروا دانستن تولید مصنوعى انسان با مسأله بغرنجى رو به روست. برخلاف آنچه ممکن است در نگاه نخست به نظر برسد این موضوع مسأله اى نیست که تنها به حوزه علم تعلق داشته باشد یا در عالم الهیات محل چون و چرا باشد.
این مسأله در عین حال یک مسأله اى است و در حوزه فلسفه اخلاق نیز موضوع مباحث نکته سنجانه قابل ملاحظه اى است. یورگن هابرماس، یکى از فلاسفه سیاسى معاصر، موضوع جایز یا جایز نبودن شبیه سازى انسان را اساساً موضوعى متعلق به حوزه اخلاق مى داند و معتقد است که پاسخ به این پرسش را نمى توان در حوزه علم جست وجو کرد. در آنچه از پى مى آید به استدلال هابرماس در مخالفت با شبیه سازى انسان نگاهى مى اندازیم. هابرماس در مقاله اى با عنوان «احتجاج علیه تکثیر مصنوعى انسان» از دیدگاه خاص خود موضوع شبیه سازى انسان را مورد بحث قرار داده و در مخالفت با آن استدلال کرده است. مقاله هابرماس در کتابى حاوى مجموعه مقالات او با عنوان جهانى شدن وآینده دموکراسى ترجمه ومنتشر شده است. (۵) آنچه در اینجا مى آید در واقع مرور بر مقاله مذکور است.
شبیه سازى و ابعاد اخلاقى تکثیر مصنوعى انسان‌ هابرماس شبیه سازى انسان را چیزى در حد نظام بردگى و حتى فروتر از آن مى داند. استدلال او این است که در تکنولوژى شبیه سازى فرد سازنده در برابر فرد ساخته شده داراى چنان اختیارى در تصمیم گیرى است که به نمونه تاریخى برده دارى شباهت دارد. چنین رابطه اى با نظام حقوق دموکراتیک که سامان زندگى بشر امروز را مى سازد مغایرت تام دارد. نظام بردگى رابطه اى حقوقى است که در آن شخصى ، شخص دیگر را به عنوان مملوک خود تحت اختیار مى گیرد. بدیهى است که چنین رابطه اى با دریافت امروزى از حقوق انسانى همخوانى ندارد. هابرماس مى گوید وقتى شخصى، شخص دیگر را از آزادى محروم مى کند در عین حال خود را نیز از آزادى محروم کرده است. زیرا شالوده نظام حقوقى دموکراتیک شناسایى متقابل اصل خودآیینى (استقلال) متقابل است. در نظام حقوقى دموکراتیک شهروندان تنها در شرایطى از خودآیینى در سپهر عمومى و خصوصى برخوردار مى شوند که متقابلاً یکدیگر را به عنوان خودآیین (مستقل) به رسمیت بشناسند. شخصى که بر ماده ژنتیک شخص دیگر (شخص شبیه سازى شده) اختیار دارد، اصل شناسایى متقابل را نقض کرده است. او با این کار ضمن اینکه آزادى دیگرى را سلب کرده، خود را نیز از آزادى محروم کرده است.
دیدگاه عام گرایانه در مورد دموکراسى براى اینکه این حکم هابرماس را بهتر بفهمیم باید با دیدگاه او در مورد نظام حقوقى دموکراتیک و اصول دموکراسى بیشتر آشنا شویم. نظریه دموکراسى هابرماس مبتنى بر فلسفه اخلاق و حقوق کانت است. بنا بر نظریه کانت سامان نظام دموکراتیک مبتنى بر ایجاد آدمهاى خود آیین (مستقل) و داراى آزادى برابر است که به واسطه همین وحدت و شناسایى متقابل یک جامعه مدنى پدید آورده اند و یک نظام حقوقى وضع کرده اند و بر پایه آن از حقوق خصوصى و عمومى بهره مند شده اند. شهروندان به واسطه همین وحدت و شناسایى متقابل خود آیینى یکدیگر است که از «وضعیت طبیعى » (وضعیتى فرضى که اصحاب قرارداد اجتماعى همچون هابز، لاک و روسو از آن سخن گفته اند) خارج و به «وضعیت مدنى» وارد مى شوند. در وضعیت طبیعى (یعنى پیش از تشکیل جامعه سیاسى ) هیچ حق و تملکى داراى رسمیت نیست. افراد براى بیرون آمدن از این وضعیت، که نظام زندگى را ناپایدار و مختل مى کند، با یکدیگر متحد مى شوند و متقابلاً یکدیگر را به رسمیت مى شناسند، اراده خود را مشترک و به « اراده عمومى» تبدیل مى کنند. از این اراده متحد، مشترک و عمومى است که هر حقوقى زاده مى شود و تصرف (در وضعیت طبیعى ) به مالکیت (در وضعیت مدنى ) تبدیل مى گردد. منشأ هر قانون گذارى نیز همین «اراده عمومى» یا اراده مشترک است.

بررسى نظریات فوکویاما در خصوص شبیه‏سازى

فرانسیس فوکویاما از چهره‏هاى برجسته و مدافع لیبرال‏دموکراسى، اخیرا در کتابى با عنوان ourposthuman Future به این مقوله پرداخته که خلاصه‏اى از آن در پى مى‏آید:
تدوین مقررات به این منظور است که خطوط قرمز، جهت تفکیک فعالیت‏هاى قانونى از فعالیت‏هاى ممنوع، مشخص شود . مقررات معمولا براساس ضوابطى تعریف مى‏شوند که امکان قضاوت در آن حوزه را فراهم مى‏کنند .

عمومیت مخالفت‏با جنبه‏هاى غیراخلاقى بیوتکنولوژى

به استثناى چند آزاراندیشى که به سادگى از مواضع خود کوتاه نمى‏آیند، اکثر مردم با خواندن فهرست نوآورى‏هایى که با زیست‏فناورى (بیوتکنولوژى) ممکن مى‏شود، خواستار ایجاد خطوط قرمز خواهند شد . مسائل مشخصى وجود دارد که به نظر مى‏رسد باید مطلقا و به‏صراحت ممنوع شوند . یکى از این مسائل، تولید مثل با روش شبیه‏سازى (کلونینگ) است . دلایل آن، هم جنبه اخلاقى و علمى دارد و هم بعد بسیار فراتر از دغدغه‏هاى کمیسیون مشاوره‏اى بیوتکنولوژى امریکاست . این کمیسیون معتقد است هنوز شرایط کلونینگ در انسان بى‏خطر است .

مشکلات اخلاقى شبیه‏سازى

از لحاظ اخلاقى، شبیه‏سازى فرم غیرطبیعى تولید مثل است که به همان اندازه، میان والدین و کودکان روابط غیر طبیعى ایجاد مى‏کند . فرزند کلون شده، روابط غیرطبیعى با والدین خود برقرار خواهد کرد . چون از سویى فرزند است و از سویى از لحاظ ژن با یکى از والدین خود دوقلو محسوب مى‏شود . در عین حال هیچ تشابه ژنى با هم‏دیگر ندارند . بنابراین یکى از والدین که هیچ تشابه ژنتیکى با فرزندش ندارد، باید فرزندى را پرورش دهد که از لحاظ خصوصیت ژنتیکى هیچ تفاوتى با همسرش ندارد . سؤال این‏جاست که زمانى که این فرزند به بلوغ رسید، رفتار والدین با وى چگونه خواهد بود؟
ممکن است‏سناریوهایى براى همدردى و همفکرى براى توجیه کلونینگ نوشته شود . به عنوان مثال اینکه بازماندگان یهودى‏کشى به جز شبیه‏سازى و کلونینگ راهى براى ادامه درخت‏خانوادگى و انتقال ژن‏ها و ویژگى‏هاى خانوادگى خود به نسل‏هاى بعدى ندارند . اما این توجیهات موجب حق اجتماعى قابل دفاعى نمى‏شود; چون در مجموع ضررهاى آن از منافعش بیشتر است . وراى این ملاحظات اخلاقى که به ذات خود کلونینگ باز مى‏گردد، دغدغه‏هاى علمى و متعدد دیگرى نیز وجود دارند .
دغدغه‏هاى علمى شبیه‏سازى انسان و امکان سوء استفاده سیاسى از آن
آزاد شدن کلونینگ، موجب لجام‏گسیختگى بسیارى از فناورى‏هاى نو خواهد شد و در نهایت فناورى تولید نوزاد از مهندسى ژنتیک پیشى خواهد گرفت . اگر شبیه‏سازى در آینده نزدیک رواج پیدا کند، مخالفت‏با دستکارى ژنتیکى میکروب‏ها به مراتب سخت‏تر خواهد شد . لذا از همین ابتدا باید از لحاظ سیاسى، نقطه‏اى مشخص شود که تعیین کند گسترش این گونه فناورى‏ها اجتناب‏ناپذیر بوده و این جوامع مى‏توانند براى کنترل سرعت و دورنماى پیشرفت‏هاى فناورى، اقداماتى انجام دهند . در حال حاضر در هیچ کشورى قوانین اساسى به نفع شبیه‏سازى وضع نشده است . همچنین شبیه‏سازى حوزه‏اى از دانش است که اجماع بین‏المللى قابل توجهى در مخالفت‏با آن وجود دارد . به علاوه، شبیه‏سازى فرصت راهبردى مهمى براى احتمال ایجاد کنترل سیاسى بر بیوتکنولوژى فراهم آورده است . گرچه در حال حاضر، بهترین و مناسب‏ترین روش در مورد شبیه‏سازى، ممنوعیت قطعى و همه‏جانبه است، اما الگوى خوبى براى کنترل سایر فناورى‏هایى که در آینده ظهور خواهند کرد، نیست .

باید تحقیقات بیوتکنولوژى را به سمت اهداف مفید سوق داد

روش‏هاى تشخیصى پیش از لقاح و مراحل مراقبت‏هاى ویژه حین باردارى، امکان تولید کودکان عارى از بیمارى‏هاى ژنتیکى را فراهم کرده است . فناورى‏هاى مشابهى نیز براى انتخاب جنسیت فرزند ابداع شده است که اگرچه به اندازه فناورى‏هاى جلوگیرى از تولد نوزادان ناقص‏الخلقه ستودنى نیست، اما در بهبود وضع زندگى بشر مؤثر هستند .
ما نیاز به قدغن کردن روند آزمایش‏هاى کلونینگ نداریم، بلکه نیاز امروز ما اتخاذ مقررات و ضوابطى خاص در این زمینه است . به این معنى که تحقیقات باید بیشتر به سمت اهداف درمانى هدایت‏شوند و بار اصلى توجه محققان فقط ارتقا یافتن از لحاظ توانایى علمى نباشد . به عنوان مثال، هدف اصلى از ساختن دارو، درمان بیمار است . ورزشکاران حرفه‏اى نیاز به فناورى‏هایى دارند که مانع از پاره‏شدن رباطهاى زانوهایشان شود . بنابراین هدف این نیست که رقابت میان ورزشکاران بر ژنتیکى مثل بیمارى‏هاى هانتینگتون و فیبروزسیتیک استفاده کنیم، نه براى آن که فرزندانمان را بلندقدتر و باهوش‏تر کنیم .
به این ترتیب فوکویاما که در سال 1989 اعلام کرده بود تاریخ به انتهاى خود رسیده است، امروز مى‏گوید:
ما به پایان تاریخ نرسیده بودیم; زیرا ما هنوز به انتهاى پیشرفت علم نرسیده‏ایم . اکنون این سؤال براى او جدى است که دست‏یافتن به دانش اصلاح ژنتیکى بشر در آینده، چه تاثیرى روى لیبرال دموکراسى خواهد گذاشت

پی نوشت :
۱. Francis Crick
۲. James Watson
۳. Herbet Boier
۴ . Business Week,سSoftward industryز, February 27,p78-86
۵. یورگن هابرماس ، جهانى شدن و آینده دموکراسى ؛منظومه پساملى ، ترجمه کمال پولادى ، تهران ، نشر مرکز ۱۳۸۰،
منابع:
روزنامه ایران چهارشنبه 19 اسفند ماه
www.clonaid.com پگاه حوزه - شماره 85

سلول‌های بنیادی، نوشدارویی ناشناخته

سلول‌های بنیادی، نوشدارویی ناشناخته

سلول‌های بنیادی چیستند؟ چگونه و به چه دلیل از آنها استفاده می‌شود؟

اینها سوالاتی هستند که پاسخ آنها شاید برای بسیاری روشن نباشد. سلول های بنیادی سلول‌های تشکیل‌دهنده بافت‌ها هستند و امید دانشمندان این است که بتوان به کمک سلول‌های بنیادی بافت‌های بیمار یا تخریب شده را ترمیم کرد.
سلول‌های بنیادی باقی مانده از توده سلولی هستند که جنین از آن بوجود آمده است، توده سلولی که بعد از لقاح در رحم مادر تشکیل می‌شود به سرعت تکثیر پیدا می‌کند و بعد از چند هفته تبدیل به جنین یا یک انسان کوچک می‌شوند.اما قبل از این تغییر همه سلول‌ها مشابه هم هستند، مجموعه ژنوم موجود درهسته تمامی این سلول‌ها هم مشابه است.به مرور زمان و با رشد جنین هر دسته از این سلول‌ها با توجه به نوع بافتی که تشکیل خواهند داد تغییر شکل می‌دهند و دلیل این تغییر شکل این است که در هر دسته از این سلول‌ها تنها ژن‌های مربوط به بافتی که تشکیل خواهند داد فعال و سایر ژن‌های موجود در هسته برای همیشه غیرفعال می‌شوند.
اما تعداد بسیار اندکی از این سلول‌ها قابلیت تغییر پذیری خود را حفظ می‌کنند، مانند سلول‌هایی که ازخون بند ناف جنین پس از تولد گرفته می‌شوند. این سلول‌ها می‌توانند پس از قرار گرفتن در یک بافت مشخص ژن‌های خود را با بافت مورد نظر تطبیق دهند و بخشی از آن بافت شوند.
امید دانشمندان این است که بتوان به کمک سلول‌های بنیادی بافت‌های بیمار یا تخریب شده را ترمیم کرد و هر چند که این نظریه در حد تئوری امیدوارکننده به نظر می‌رسد، اما تجربه عملی متخصصان در این مورد بسیار اندک است. بزرگترین مشکل اینجاست که این سلول‌ها را تنها می‌توان هنگام تولد از بند ناف جنین جدا و تحت شرایط خاص حفظ کرد، اما عده‌ای از متخصصان معتقدند که سلول‌های مغز استخوان که به سلول‌های خون ساز معروفند نیز این قابلیت را در خود حفظ کرده‌اند و می‌توان از آنها برای درمان بیماری‌های مختلف و به ویژه بیماری‌هایی مانند آلزایمر و دیابت که درمان قطعی ندارند استفاده کرد. با اینکه هنوز مشخص نیست تا چه حد می‌توان به این روش امیدوار بود، یکی از اولین مراکز پژوهشی- درمانی سلول‌های بنیادی در شهر کلن در آلمان افتتاح شده است.
"پیتر نیچه" یکی از پزشکان مرکز که علاوه بر تخصص در بیمارهای دیابتی مدتها در پروژه‌های تحقیقاتی روی سلول‌های بنیادی کار کرده می‌گوید: " سلول های بنیادی بستر درمانی کاملا تازه‌ای هستند. راهی نو در پزشکی که بی‌نیاز از داروست و راه بسیار جالبی که در آن بدن خودش به خودش کمک می‌کند." این متخصصان سلول‌های بنیادی را از مغز استخوان در ناحیه تهیگاه بیرون می‌آورند. در مقایسه با سلول‌های بنیادی جنین که جدا کردن و حفظ آنها بسیار پر زحمت و پرهزینه است، استفاده از این سلول‌ها بسیار ساده‌تراست.
دکتر نیچه می‌گوید: "این سلول‌ها کشت داده می‌شوند، یعنی اینکه سلول ها ابتدا از مغز استخوان جدا و بعد از آن برای تکثیر کشت داده می‌شوند، به دلیل اینکه به مقدار زیادی از این سلولها نیازمندیم."
پیتر نیچه که متخصص بیماری دیابت است، معتقد است که امید درمان بیماران دیابتی با این روش بسیار بالاست.
وی در مورد نتیجه تزریق سلول‌های بنیادی به بیماران دیابتی می‌گوید:
"این سلول‌ها را در پای بیماران دیابتی درون زخم‌های بدخیم تزریق کردیم.
در طول دوره درمان قابل مشاهده بود که چطور زخم‌ها کوچکتر شده و به مرور بهبود پیدا کردند. نکته‌ای که ما را امیدوارتر کرده، این است که در برخی از بیماران متابولیسم قند تا حد قابل توجهی بهتر شده است تا جایی که بیمار نیازی به مصرف انسولین یا داروهای دیگری نداشته است."
همانطور که نیچه عنوان می‌کند، تزریق سلول‌های بنیادی در مواردی کاملا موفقیت آمیز بوده است. با وجود این بسیاری از متخصصان معتقدند پیوند این سلول‌ها پیچده‌تر از آنی است که در مرحله تئوری مطرح می‌شود.
دکتر "کریستوف اشتام" جراح قلب کلینیک دانشگاه "روستوک" که تاکنون چند بار در پروسه پیوند سلول‌های بنیادی که از مغز استخوان گرفته شده‌اند، شرکت کرده می‌گوید: " ما به طور مشخص نمی‌دانیم که چه کار می‌کنیم! این را هم نمی‌دانیم که بعد از پیوند چه اتفاقی خواهد افتاد. با توجه به تجربیاتی که در این زمینه وجود دارد، مثلا هنگام پیوند این سلولها به قلب احتمال اینکه واقعا از این سلولها سلولهای تازه عضلات قلب تشکیل شود مدام کمتر می‌شود. شاید بتوانیم از این سلول‌ها در رگ‌سازی استفاده کنیم تا با رگهای خونی تازه سلول‌های قلبی خواب رفته، اما هنوز زنده قلب را بیدار کنیم و به تحرک در آوریم."
از سوی دیگر عکس‌العمل بدن در برابر سلول‌های بنیادی تزریق شده به روشنی مشخص نیست و برخی از متخصصان حتی معتقدند استفاده عملی از این سلول ها بر روی بیماران باید ممنوع شود.
"یورگن هرشلر" از موسسه نورون شناسی دانشگاه کلن می‌گوید: "نظراتی وجود دارد که از نظر کلینیکی و عملی هرگز ثابت نشده‌اند، مثلا بهبودی قطعی. اگر با گذشت زمان اثر مثبت این روش درمانی ثابت نشود، می‌شود به این نتیجه رسید احتمالا تاثیر منفی داشته است."
هرشلر هم مانند بسیاری از محققان علوم پایه معتقد است استفاده از این روش ابتدا در آزمایشگاه و بر روی حیوانات آزمایشگاهی به نتیجه مثبتی برسد.
با وجود این، بسیاری از بیماران حاضرند در روشهای درمانی با استفاده از سلول‌های بنیادی شرکت کنند و برای هر جلسه درمانی تا پنج هزار یورو بپردازند
سلول‌های بنیادی دسته‌ای از سلول‌های بدن هستند که هنوز تمایز نیافته و برای کار ویژه‌ای آماده نشده‌اند. این سلول‌ها دارای خاصیت خودتکثیری هستند و می‌توانند در مراحل بعدی حیات خود از یک‌دیگر متمایز شده و به‌ انواع مختلف سلول‌های بدن تبدیل شوند. سلول‌های بنیادی می‌توانند به همه‌ی انواع سلول‌ها اعم از عصبی، ماهیچه‌ای، خونی، استخوانی، و پوستی تبدیل شوند.
این ویژگی‌ی سلول‌های بنیادی، نظر پزشکان و پژوهش‌گران سلول‌های بنیادی را به خود جلب کرده است،به طوری‌ که امروزه حجم گسترده‌ای ازپژوهش‌ها به مطالعه در این زمینه اختصاص دارد. سلول‌های بنیادی امروز، امید اول ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده و فردا، امید اول ساخت اندام‌های انسانی است.

به‌طور کلی سلول‌های بنیادی دارای دو خصوصیت عمده هستند:

1) قدرت تکثیر نامحدود
2) خصوصیت پُرتوانی (Pluripotency)؛ به‌عبارت دیگر، این سلول‌ها می‌توانند 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.
•سلول‌های بنیادی بالغ (Adult Stem Cells) که پس از تولد فرد و به‌ویژه از مغز استخوان آن گرفته می‌شود.

منشاء سلول‌ها ی بنیادی بالغ

سلول‌های بنیادی بالغ همان‌طور که از نام‌شان مشخص است، پس از تولد از فرد گرفته می‌شوند. برای مثال این سلول‌ها را می‌توان از بافت مغز استخوان یک فرد سالم تهیه کرد. البته بر اساس یافته‌های اخیر، برخی معتقدند که هر بافتی دارای سلول‌های بنیادی خاص خود است. به‌طور مثال، مشخص شده که قلب، مغز و ماهیچه‌های اسکلتی هر کدام دارای سلول‌های بنیادی خاص خود هستند و همه‌ی این سلول‌ها در بدن یک فرد بالغ وجود دارند. به‌عنوان مثال، سلول‌های بنیادی قلبی بیشتر در ناحیه اپیکس (Apex) قلب و سلول‌های بنیادی مغزی عمدتاً در دیواره‌ی بطن مغز متمرکز هستند. با این حال دقیقاً مشخص نیست که منشأ این سلول‌های بنیادی گوناگون، چه سلولی است و آیا منشأ همه این‌ها همان سلول‌های مغز استخوان هستند که هر یک به سمت اندام‌ خاصی مهاجرت کرده و به سلول‌های بنیادی خاص آن تبدیل می‌شوند، یا منشأ دیگری برای آنها وجود دارد.

منشاء سلول‌ها ی بنیادی جنینی

بن‌یاخته‌های جنینی در مرحله بلاستوسیست از توده سلولی داخلی یا Inner Cell Mass گرفته می‌شوند. بلاستوسیست یکی از مراحل دوران جنینی است که به لحاظ مرفولوژی، شبیه یک توپ توخالی است.
سلول‌های محیط این توپ تروفوبلاست (Trophoblast) هستند که جفت را می‌سازند. در داخل این توپ هم تعدادی سلول جمع شده‌اند که در مراحل بعدی، به جنین تبدیل می‌شوند. اگر این تودة سلول‌های داخلی را برداشته و در محیط آزمایشگاهی کشت بدهند، بن‌یاخته‌های جنینی ایجاد می‌شوند. اما هنوز دقیقاً مشخص نیست که آیا این توده سلول‌های داخلی منشأ بن‌یاخته‌های جنینی هستند، یا این‌که فرآیند مذکور، حاصل شرایط محیطی بوده و تودة سلول‌های داخلی در محیط آزمایشگاهی سلول‌های دیگری را می‌سازند که آن‌ها به بن‌یاخته‌ جنینی بدل می‌شوند
چرا ما برای همیشه زنده نمی‌مانیم؟
• به خاطر این‌که بیمار می‌شویم؟
• به خاطر این‌که پیر می‌شویم؟
• به خاطر این‌که مصدوم می‌شویم و ترمیم نمی‌شویم؟
همه‌ی این‌ها درست هستند. هر یک از این موارد از ناتوانی‌ی بدن در رشد، نگه‌داری و ترمیم عمل‌کردهای خود که به سلول‌های بنیادی وابسته است، نتیجه می‌شود.
سلول‌های بنیادی مواد اصلی ساختمان بدن انسان را تشکیل می‌دهند. همین موضوع باعث می‌شود آن‌ها نامزدهای خوبی برای بازسازی (restoring) بافت‌های تخریب شده بر اثر جراحت یا بیماری باشند.
چندین دهه است که پژوهش‌گران زیست‌شناسی، سلول‌های بنیادی را به منظور آشنایی با ساز و کار رشد و تکامل و نیز برای درمان بیماری‌ها مطالعه می‌کنند.
درما‌ن‌های مبتنی بر فناوری سلول‌های بنیادی چیزی بیش از پیوند ساده‌ی سلول‌ها به بدن و انتظار برای عمل‌کردن آن‌هاست. هدف هر درمان به‌وسیله‌ی سلول‌های بنیادی، ترمیم بافت‌های تخریب‌شده‌ای است که نمی‌توانند خود را ترمیم کنند.

جایگاه سلول‌ها ی بنیادی درمانی در حال حاضر

آیا می‌دانید که درمان بعضی از بیماری‌ها به‌کمک سلول بنیادی اکنون کاری عادی است؟
• سلول‌های بنیادی مغز استخوان: شاید بهترین شیوه‌ی شناخته‌شده‌ی درمان به‌وسیله‌ی سلول‌های بنیادی، تاکنون، پیوند سلول‌های مغز استخوان برای درمان سرطان خون (leukemia) و انواع دیگر سرطان ونیز اختلالات گوناگون خونی است.
اما چرا این بیماری‌ها به چنین درمان‌هایی نیازمندند؟ سرطان‌ خون (leukemia) نوعی سرطان مربوط به گلبول‌های سفید خون (leukocyte) است. مانند سایر سلول‌های خون، گلبول‌های سفید -در طی فرآیندی که از سلول‌های بنیادی بالغ همه‌کاره آغاز می‌شود- در مغز استخوان تولید می‌شوند. گلبول‌های سفید بالغ به جریان خون وارد می‌شوند تا در مقابل حمله‌ی احتمالی‌ی هر‌گونه عفونت از بدن دفاع کنند. هنگامی‌که گلبول‌های سفید، رشد و عمل‌کردی غیرطبیعی داشته باشند، سرطان خون از نوع لوکمی (leukemia) عارض می‌شود. این سلول‌های غیرطبیعی نمی‌توانند با عفونت‌ها مقابله کنند و عمل‌کرد سایر اندام‌ها را نیز دچار اختلال می‌کنند. درمان موفقیت‌آمیز لوکمی به نابودی‌ی همه‌ی سلول‌های غیرطبیعی و رشد و عمل‌کردن سلول‌های سالم در بدن شخص بیمار وابسته است. یک روش درمان استفاده از شیمی‌درمانی (chemotherapy) است که در آن از دارو‌های قوی برای هدف‌گیری و از بین بردن سلول‌های غیرطبیعی استفاده می‌شود. وقتی شیمی‌درمانی به تنهایی نتواند آن‌ها را از بین ببرد، پزشکان به پیوند سلول‌های مغز استخوان روی می‌آورند. در یک پیوند سلول‌های مغز استخوان، سلول‌های بنیادی مغز استخوان شخص بیمار با سلول‌های بنیادی مغز استخوان فرد اهداکننده‌ی سالم (البته به شرطی که سلول‌های دو بدن با یک‌دیگر سازگار باشد) جابه‌جا می‌شود. برای انجام این کار، همه‌ی سلول‌های مغزاستخوانی و همه‌ی گلبول‌های سفید غیرطبیعی‌ی بدن شخص بیمار با به‌کارگیری روش‌های شیمی‌درمانی و تابش اشعه از بین می‌رود. سپس نمونه‌ای از سلول‌های مغز استخوان ِ فرد ِ اهداکننده که دارای سلول‌های بنیادی سالم است به جریان خون شخص ِ بیمار تزریق می‌شود. اگر پیوند موفقیت‌آمیز باشد، سلول‌های بنیادی به مغز استخوان شخص بیمار وارد شده و به جای گلبول‌های سفید غیرطبیعی ، گلبول‌های سفید سالم و جدید را جای‌گزین می‌کنند.
•پیوند سلول‌های بنیادی بالغ: پیوند سلول‌های بنیادی ِ جانبی ِ خون
اگرچه اغلب سلول‌های بنیادی خون در مغز استخوان ساکن هستند، بخش ِ کوچکی از آن‌ها در جریان خون وجود دارند. این سلول‌های بنیادی ِ جانبی ِ همه‌کاره یا (PBSC Peripheral Bload Stem Cell) می‌توانند درست شبیه سلول‌های بنیادی مغز استخوان برای درمان لوکمی و دیگر سرطان‌ها و اختلالات خونی به‌کار آیند. جمع‌آوری و استخراج PBSCها که از خون در حال جریان به‌دست می‌آیند، آسان‌تر از سلول‌های مغز استخوان (که باید از میان استخوان‌ها استخراج شوند) است. اگرچه PBSCها در جریان خون پخش هستند، جمع‌آوری آن‌ها به مقداری که برای ترتیب دادن یک درمان کافی باشد، خود می‌تواند یک چالش بزرگ باشد.
•پیوند سلول‌های بنیادی خون بند ناف(Umbilical Cord Blood Stem Cell Transplant)
نوزاد تازه متولد شده دیگر نیاز ی به بند ناف خود ندارد. به همین دلیل از قدیم به عنوان یک محصول فرعی‌ی فرآیند تولد ، دور ریخته می‌شود. اما در سال‌های اخیر ثابت شده است که بندناف منبعی غنی از سلول‌های بنیادی همه‌کاره‌ی خون است و به همین دلیل می‌تواند در درمان انواع بیماری‌هایی که توسط PBSCها و سلول‌های بنیادی مغز استخوان درمان می‌شوند، به‌کار آید.
احتمال رد پیوند سلول‌های بنیادی خون بند ناف، نسبت به سلول‌های بنیادی مغز استخوان و سلول‌های بنیادی جانبی خون کم‌تر است. شاید این به خاطر این باشد که سلول‌ها هنوز ویژگی‌هایی را که سیستم ایمنی بدن فرد دریافت‌کننده ، آن‌ها را به این وسیله شناسایی کند وبه ایشان حمله کند.
دو ویژگی‌ی همه‌کاره بودن و در دست‌رس بودن سلول‌های بنیادی خونی بندنافی باعث می‌شود در درمان‌های پیوندی از آن‌ها به‌وفور استفاده شود

درمان‌های سلول بنیادی مبنا چگونه پیشرفت می ‌‌کنند

درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی یک شبه به‌وجود نیامده است. هر شیوه‌ی درمانی‌ی بالقوه کارآمد از یک ایده‌ی آزمون‌پذیر (testable idea) در نخستین یافته‌های پژوهش‌ها متولد می‌شود. در مرحله‌ی بعد این ایده مورد پژوهش جدی قرار ‌می گیرد و در آزمایش‌گاه آزموده می‌شود- این‌کار ممکن است چند سال و گاهی چند دهه به‌طول انجامد.- حتا اگر درمان‌های مبتنی بر این ایده در آزمایش‌های انجام شده در آزمایش‌گاه موفقیت چشم‌گیری کسب کند، تنها زمانی یک درمان زیست‌پذیر (viable treatment) خواهد شد که ثابت شود این شیوه روشی ایمن و کارآمد برای درمان‌های بالینی انسانی است.

درمان‌ به کمک سلول‌های بنیادی در آینده

پژوهش‌گران و پزشکان سعی می‌کنند درمان‌هایی به کمک سلول‌های بنیادی طراحی کنند که :
• کارآمدتر باشند.
• احتمال رد پیوند توسط بیماردر آن‌ها کم‌تر باشد.
درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی در حال حاضر اغلب بر سلول‌هایی مبتنی هستند که شخص دیگری اهدا کرده است. این موضوع احتمال پس زدن سلول‌های بدن شخص اهداکننده به‌وسیله‌ی سیستم ایمنی بدن بیمار را افزایش می‌دهد. در آیند برای هر شخص این امکان فراهم خواهد شد که از نمونه‌ای از سلول‌های بنیادی خودش برای بازتولید بافت‌هایش استفاده کند. این کار خطر پس زدن راکاهش می‌دهد یا حتا از بین می‌برد.
اما این‌کار چگونه ممکن خواهد بود؟ بعضی از احتمالات عبارت‌اند از:
• جمع‌آوری سلول‌های بنیادی بالغ و سالم از یک فرد بیمار و دست‌کاری آن‌ها در آزمایش‌گاه برای تولید بافت جدید. بدین‌ترتیب بافت در بدن بیمار می‌تواند دوباره پیوند زده شود و برای به‌حال اول برگرداندن یک عمل‌کرد از دست‌رفته به‌کارآید.
• درمان‌ به‌وسیله‌ی‌ تولید مثل غیر جنسی(therapeutic cloning) نیز می‌تواند ما را به تولید سلول‌های بنیادی‌ای که به لحاظ ژنتیکی با بیمار یکسان هستند، توانا کند.
• یک راه کم‌خطر برای رسیدن به این هدف می‌تواند دست‌کاری سلول‌های بنیادی موجود در بدن برای انجام کارهای درمانی باشد. برای مثال، دانش‌مندان می‌توانند دارویی طراحی کنند که نوع خاصی از سلول‌های بنیادی را هدایت می‌کند تا یک عمل ازدست رفته در بدن بیمار را به حال اول برگرداند.
با یک دید سطحی امکانات درمان به‌وسیله‌ی سلول‌های بنیادی نامحدود به‌نظر می‌رسد. با این حساب آیا ما نمی‌توانیم از فناوری سلول‌های بنیادی برای درمان هر بیماری و بافت آسیب دیده در بدن استفاده کنیم؟ برای پاسخ به این سئوال پژوهش‌گران باید بتوانند توانایی‌های بالقوه و نیز محدودیت‌های سلول‌های بنیادی را معین کنند.

برخی از پرسش‌هایی که مورد توجه قرار گرفته‌اند عبارت‌اند از:

• یک درمان سلول‌های بنیادی چقدر طول می‌کشد؟
• علت این‌که ما عمر می‌کنیم این است که سلول‌های ما کار انجام می‌دهند.اگر سلول‌های بنیادی بالغ در درمان‌ها استفاده شوند، آیا بافت‌هایی که از آن سلول‌ها تولید شده‌اند، سریع‌تر کار می‌کنند و سریع‌تر به مرحله‌ی نادرست عمل‌کردن نمی‌رسند؟
• دانش‌مندان هنوز نمی‌دانند درمان‌های مختلف مبتنی بر سلول‌های بنیادی چقدر ممکن است به‌طول انجامند.
• آیا می‌توانیم مطمئن باشیم که درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی منجر به تولید غده (tumor) در بدن ما نمی‌شوند.
• به طور طبیعی در بدن ما سلول‌های بنیادی جنینی پیوسته تقسیم می‌شوند و نامتمایز باقی می‌مانند. برای استفاده‌ی موفق در درمان‌ها، سلول‌های بنیادی باید به طریقی به نوع دلخواهی تبدیل شوند و سرانجام از تقسیم باز ایستند. همه‌ی سلول‌های بنیادی جنینی نامتمایز موجود در بدن ممکن است به صورتی کنترل نشده ادامه دهند تبدیل به غده شوند.
• جلوگیری از رشد غده در موفقیت‌آمیز بودن درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی بسیار تعیین‌کننده است. بیایید به این موضوع بادقت بیش‌تری نگاه کنیم:
هم در سلول‌های بنیادی جنینی و هم در سلول‌های بنیادی بالغ تنظیم نادرست ژن‌ها می‌تواند به تقسیم کنترل‌نشده‌ی سلول وتشکیل غده بیانجامد. این یک توجه ویژه به سلول‌هایی است که در دوره‌ای در آزمایش‌گاه کشت می‌شده‌اند. زیرا آن‌ها ممکن است ژن‌هایشان را به‌گونه‌ای متفاوت از حالتی که دربدن باشند، تنظیم کنند.
چرا این اتفاق می‌افتد؟ زیرا اغلب سلول‌ها در بدن ما به‌طور نامعین تقسیم نمی‌شوند و هیچ‌یک از آن‌ها برای رشد در ظرف‌های آزمایش‌گاه طراحی نشده‌اند.
دربسیاری از بافت‌ها مانند خون و پوست فرآیند تکراری وجود دارد که سلول‌ ها را به توقف فرآیند تقسیم، متمایز شدن از یک‌دیگر و حتا مردن پس از یک دوره‌ی زمانی هدایت می‌کند. هدایت درست به وسیله‌ی سیگنال‌(علامت) هایی که از سلول‌های مجاور ومحیط زندگی سلول‌ها می‌آیند، انجام می‌شود. برای وادار کردن سلول‌ها به رشد محدود و معین در ظرف‌های آزمایش‌گاه، این فرآیند باید تاحدی کنترل شود. این عمل با تغذیه‌ی سلول‌ها با یک مایع واسط که شامل مواد مغذی و پروتئین‌های عامل رشدی که سلول‌ها را به فعال کردن ژن‌هایی که تقسیم سلولی را زیاد می کنند، انجام می‌شود. در اغلب موارد، علایم منظمی که محیط طبیعی سلول ایجاد می‌کنند همگی حاضر نیستند.
همه‌ی سلول‌ها به این شرایط زندگی ی جدید پاسخ مثبت نمی‌دهند. بعضی از آ‌ن‌ها خواهند مرد و تنها آن‌هایی زنده می‌مانند که خود را به‌تر با محیطی تطبیق داده باشند.
بعد از طی تعداد زیادی دوره‌ی تقسیم در ظرف آزمایش‌گاه سلول‌های زنده‌ی باقی مانده باید آن‌چنان تغییر کنند که برای پاسخ‌گویی و واکنش به سیگنال‌هایی که از محیط طبیعی بیمار میرسد، ناتوان شوند. حتا ممکن است تغییرات پایداری در DNA آن‌ها داده شود. بازگرداندن این سلول‌ها به بدن یک پیش‌نهاد خطرناک است زیرا آن‌ها به رشدکردن شرطی شده‌اند نه به متمایز شدن.
این اتفاق مثل زندگی‌ی حیوانی است که تمام عمرش را در قفس بوده است و بعد از مدت‌ها به حیات وحش خود بازمی‌گردد. آیا شما انتظار دارید او بلافاصله بداند که با محیط جدید چگونه ارتباط برقرار کند و به محرک‌های آن واکنش نشان بدهد؟
شبیه‌سازی محیط طبیعی‌ی بدن در آزمایش‌گاه یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در پژوهش‌های سلول‌های بنیادی است؛ این موضوع اکنون کانون تلاش‌های زیادی در سراسر جهان است. درمان‌های آینده بر توانایی پزشکان در دست‌کاری سلول‌های بنیادی به‌صورتی که مانند شرایط طبیعی بدن قابل قبول باشد، استوار خواهد بود.

درمان‌های سلول بنیادی مبنا کی باید شروع شوند؟

اولین گام بنا کردن یک مدل تجربی طراحی یک دستور کار آزمایش‌گاهی است که چگونگی‌ی عمل این روش درمانی در بدن انسان را در خود داشته باشد. برای این که شیوه‌ی درمانی مذکور کارآمد باشد، یک مدل تجربی باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
• باید به دقت زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی انسان را منعکس کند.
• باید تکرار پذیر باشد.
• باید به آزمایش‌ها اجازه دهد در خلال یک دوره‌ی زمانی معقول، کامل شده و مراحل تحلیل و تکرار را به انجام رسانند.
پژوهش‌گران از دو مدل اساسی برای توسعه‌‌‌ی درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی استفاده می‌کنند:
1. اغلب آزمایش‌های اولیه با استفاده از سلول‌های بنیادی کشت‌شده‌‌ای که در ظرف‌های آزمایش‌گاهی رشد کرده‌اند اجرا می‌شود. این سلول‌ها از نمونه‌ی بافت‌های انسانی یا از اندام‌های مدل‌شده‌ی موش‌ها و موش‌های صحرایی می‌آیند.
2. درمان‌های برگزیده‌ای تصحیح‌شده در مدل‌های حیوانی نظیر موش‌ها و موش ‌های صحرایی پیش از استفاده در درمان‌های بالینی انسانی آزموده می‌شوند.
این‌جا خواهیم دید پژوهش‌گران چگونه برای آزمایش‌های اولیه مدل‌هایی طراحی می‌کنند:
آن‌ها این‌کار را به‌وسیله‌ی "خطوط" ِ سلولی (cell "lines") که در آزمایش‌گاه رشد می‌کنند، انجام می‌دهند. یک خط سلول بنیادی مجموعه سلول‌هایی است که به طور پیوسته تقسیم می‌شوند و از بافت‌های انسانی یا حیوانی به‌دست آمده‌اند. پژوهش‌گران هم از خطوط سلول‌ها ی بنیادی جنینی و هم از خطوط سلول‌های بنیادی بالغ به عنوان مدل‌های آزمایش استفاده می‌کنند.
سلول‌های بنیادی جنینی کمی پس از عمل لقاح (fertilization) از جنین برداشت می‌شوند. برای ساخت یک خط سلول بنیادی جنینی، یک جنین باید به سلول‌ های منفردی تفکیک شود. یک سلول منفرد از جنین در یک ظرف قرار داده می‌شود و مواد غذایی موردنیاز و نیز عوامل رشد برا یآن فراهم می‌شود تا شرایط تقسیم‌شدن برای آن شبیه‌سازی شود.
تا زمانی که در شرایط کنترل‌شده عامل‌های رشد متناسب برای جلوگیری از تفکیک خط سلول حاصل فراهم است، خط سلول به تقسیم شدن ادامه می‌دهد.
اخیراً اکثر سلول‌های بنیادی جنینی با استفاده از جنین موش درست شده‌اند. در عین حال پژوهش‌گران چندین منبع دیگر برای سلول‌های بنیادی جنینی را ارزیابی می‌کنند.

سلول های بنیادی در درمان دیابت

لزوم استفاده از روشی که بتوان سلول هایی از بین رفته انسولین ساز در دیابت نوع 1 را دوباره جایگزین کرد و بدین ترتیب بتوان دیابت نوع 1 را کاملا درمان نمود دانشمندان را بر این داشت تا از سلول های بنیادی در این زمینه استفاده کنند. این سلول ها دارای این خصوصیت منحصر به فرد هستند که بالقوه می توانند به هر یک از سلول های بالغ بدن تبدیل شوند. سلول های بنیادی را می توان از جنین انسانی و یا حتی فرد بالغ جدا کرد. از لحاظ تئوری سلول های بنیادی جنینی را می توان در خارج بدن کشت داد و آنها را با استفاده از روش های مختلفی از جمله استفاده از "فاکتورهای رشد" به سلول های انسولین ساز تبدیل کرد و وقتی مقدار کافی از این سلول ها در دسترس باشد می توان از آنها برای درمان هر فرد دیابتی که نیاز به این سلول ها داشته باشد استفاده کرد. همچنین می توان این سلول ها را با دستکاری ژنتیکی در برابر سیستم ایمنی شخص گیرنده و رد پیوند مقاوم کرد، کاری که در مورد سلول های بنیادی بالغ امکان پذیر نیست. این امکان نیز وجود دارد تا با قرار دادن این سلول ها در یک ماده غیر ایمنی زا کاری کرد که از رد شدن آنها توسط دستگاه ایمنی جلوگیری شود و دیگر نیازی به استفاده از داروهای ضد رد پیوند نباشد. در یکی از تحقیقات جالبی که به تازگی در باره سلول های بنیادی در افراد بالغ صورت گرفت نشان داده شد که اگر سلول های بنیادی موجود در دیواره مجاری غدد لوزالمعده در بالغین در محیط آزمایشگاه کشت داده شوند می توان با تحریک آنها، یک توده سلولی درست کرد که نه تنها قادر به ترشح انسولین است بلکه قادر است تا میزان ترشح را براساس قند خون محیط کم یا زیاد نماید، کاری که برای موفق بودن پیوند بسیار ضروری و حیاتی است. با این وجود مهمترین نگرانی در مورد پیوند سلول های بنیادی خطر ایجاد تومورهای سرطانی در شخص گیرنده است مخصوصا در مواقعی که از سلول های بنیادی جنینی استفاده می شود.

سلول بنیادی جنینی از جنین IVF

خطوط سلول‌ ها بنیادی جنینی انسانی می‌تواند از جنینی که در شرایط مصنوعی ساخته شده است، مشتق شود. اغلب بارورسازی(لقاح) در بدن جنس ماده(زن) انجام می‌شود، ولی فناوری IVF انجام ونیز رشد دادن جنین را در آزمایش‌گاه میسر ساخته است.
به‌کمک این فناوری بسیاری از زوج‌های نابارور می‌توانند صاحب فرزند شوند. اما در بسیاری از موارد همه‌ی جنین‌های ساخته شده مورد استفاده قرار نمی‌گیرند و جنین‌های باقی‌مانده منجمد شده و نگه‌داری می‌شوند. این جنین‌ها منابع کارآمدی برای پژوهش‌های بعدی هستند.

خط سلول بنیادی بالغ

خطوط سلول بنیادی بالغ که از بافت‌های بالغ جدا شده‌اند، منبع عالی دیگری برای مطالعه و پژوهش هستند. بخش عمده‌ی پژوهش با استفاده از خطوط سلول بنیادی بالغ از موجودات زنده‌ی مدل، مانند موش‌های معمولی و موش‌های صحرایی انجام می‌شود. زیرا به‌دست آوردن سلول‌های بالغ از انسان ممکن است روش‌های جراحی تهاجمی را به هم‌راه داشته باشد.
پژوهش‌های سلول‌های بنیادی در دنیای ما چه تأثیری خواهند داشت؟
درمان‌ها مبتنی بر سلول‌های بنیادی رفته‌رفته به‌ یک شیوه‌ی درمانی‌‌‌ی متداول در درمان بیماری‌‌ها تبدیل می‌شود. ولی آیا سزاوار است ما این فناوری‌های جدید را بدون در نظر گرفتن تأثیرات آن‌ها بر جامعه بپذیریم؟
به عنوان مثال ممکن است درباره‌ی مزایای درمان به‌ کمک سلول‌های بنیادی زیاد شنیده باشیم ولی به راستی چنین درمان‌هایی چه خطراتی را در پی دارند؟
همه‌‌ ‌ی ما مسئول کاوش تأثیرات بالقوه‌ی پژوهش‌ها ی مبتنی برسلول های بنیادی در زندگی خود هستنیم و باید این‌کار را چنان انجام دهیم که بتوانیم در این باره تصمیم بگیریم.
منابع :
جزوه آموزشی کنترل آسان دیابت، "آموزش دیابت گابریک"
http://www.gabric.ir
http://www.ardalan.id.ir/
http://www.govashir.co

چشم‌انداز کاربرد سلول‌های بنیادی در دنیا

چشم‌انداز کاربرد سلول‌های بنیادی در دنیا

علیرغم پیشرفت‌های بزرگی که تاکنون در استفاده از سلول‌های بنیادی برای مقاصد درمانی به‌دست آمده است، بشر هنوز در ابتدای این راه است و همچنان تحقیقات گسترده‌ای برای عملی ساختن ایده‌های محققان در دست انجام است. در این مطلب از زبان دکتر علیرضا قدسی‌زاد، رزیدنت سال پنجم جراحی قلب در دانشگاه دوسلدورف آلمان، به برخی از این چشم‌اندازها و زمینه‌های تحقیقاتی جدید اشاره شده است:
استخراج، نگهداری و استفاده از سلول‌های بنیادی بند ناف
در حال حاضر، یکی از مطرح‌ترین ایده‌ها در زمینه سلول‌های بنیادی، استفاده از قابلیت‌های منحصر به فرد سلول‌های بنیادی بند ناف ( Cord blood ) است. مزیت اصلی این سلول‌ها آن است که بسیار اولیه ( P rimitive ) بوده و توان تمایز بالایی دارند. به‌طوری‌که بر اساس نتایج تحقیقات انجام شده، منشا تمام سلول‌هایی که پس از تیمارهای آزمایشگاهی و پیوند به بدن توانسته‌اند به‌طور کامل به سلول‌های عضلانی قلب تمایز یابند، از سلول‌های ACC133 + بند ناف بوده است. البته بر اساس نتایج منتشر شده در برخی از مقالات، علاوه بر سلول‌های مذکور، سلول‌های مشتق از مغز استخوان ( BMCs ) شامل تمام انواع منونوکلئرها ( whole MNC population ) و سلول‌های ACC133 + مشتق از مغز استخوان هم قادرند به سلول‌های عضلانی قلب تبدیل شوند. البته به نظر می‌رسد نتایج اخیر به بررسی‌ها و تحقیقات بیشتری نیاز داشته باشد.
استخوان به سلول‌های ماهیچه‌ای قلبی انجام شده‌ است، نشان می‌دهند در تمام موارد، این سلول‌ها از نوع سلول‌های ACC133 + با منشا بند ناف بوده‌اند.
مزیت دیگر این سلول‌ها، نداشتن مشکل دفع پیوند سلول‌های بنیادی جنینی است. چراکه از خود فرد اخذ می‌شوند و در سال‌های بعدی زندگی،دوباره به همان شخص تزریق می‌شوند. بر این اساس، این ایده در دنیا مطرح شده است که نمونة سلول‌های بندناف هر شخص در ابتدای تولد گرفته شود و برای سال‌های بعد برای خود فرد ذخیره شود. حتی در حال حاضر، علیرغم این‌که هنوز وضعیت روشنی برای پیوند سلول‌های بند ناف وجود نداشته و سؤالات زیادی در مورد احتمال رد پیوند سلول‌های بیگانه (هترولوگ) مطرح است؛ اما با این‌حال توصیه می‌شود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی بوده و در انتظار دریافت قلب پیوندی به‌سر می‌برند، در کنار تجویز داروهای سرکوب‌کنندة سیستم ایمنی، از روش پیوند سلول‌های بندناف به‌عنوان یک روش کمکی استفاده کنیم. با این عمل، بیمار شانس بیشتری برای زنده ماندن تا زمان دریافت قلب را خواهد داشت. این روش به‌ویژه در بیماران کهنسال که سلول‌های بنیادی مغز استخوان آنها برای پیوند کافی نیست، از اهمیت بالاتری برخوردار است. از این‌رو، امروزه در اغلب کشورها بانک‌های ویژه‌ای برای جداسازی و نگهداری سلول‌های بنیادی بندناف نوزادان تأسیس شده است.

سلول‌درمانی و مهندسی بافت

در حال حاضر علاوه بر سلول‌های بندناف،‌ تحقیقات وسیعی بر روی سلول‌درمانی ( Cell therapy ) با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی ( Embryonic stem cell ) و مهندسی بافت ( Tissue engineering ) در حال انجام است که آیندة روشنی خواهد داشت. برای مثال، با استفاده از روش‌های مهندسی بافت می‌توان به کمک بیوراکتورهای ویژه،‌ لایه‌های نازکی از بافت‌های گوناگون را تهیه و برای مقاصد مختلف استفاده کرد.
تلاش برای تمایز سلول‌های بنیادی قبل از پیوند
نکتة دیگری که در زمینة استفاده از سلول‌های بنیادی برای درمان بیماری‌های مختلف از جمله ضایعات قلبی، قابل توجه است، امکان استفاده از سلول‌های تمایزیافته به‌جای سلول‌های اولیة بنیادی است. در حال حاضر، فقط از سلول‌های بنیادی تمایزنیافته برای این منظور استفاده می‌شود. اما تحقیقات زیادی در حال انجام است تا با استفاده از ابزار مهندسی ژنتیک، ایدة بکارگیری از سلول‌های تمایزیافته عملی شود . برای مثال، در مورد سلول‌های ماهیچه‌ای قلب، بسیاری از ژن‌های دخیل در تمایز یافتن سلول‌های بنیادی به سلول میوکارد قلب، شناخته شده‌اند که از آن جمله می‌توان به میوکاردین (قوی‌ترین ژن القاگر در تولید ماهیچة قلبی)، اس آر اف ( Serum Response Factor )،‌ ژن‌های GATA 4 ، 5 GATA و مولکول‌های کاردیوگنول C و D (که تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های میوکارد قلب را از 30 درصد به 95 درصد افزایش می‌دهند) اشاره کرد. به‌عبارت دیگر، با فعال کردن این ژن‌ها در داخل سلول‌های بنیادی می‌توان ابتدا در شرایط آزمایشگاهی سلول‌های قلبی را تهیه کرد و سپس آن‌ها را به بیمار پیوند زد.
البته در حال حاضر، مشکلاتی در این مسیر وجود دارد. برای مثال، حتی اگر بتوان مخلوطی با خلوص 95 درصد از سلول‌های قلبی را از این طریق به‌دست آورد، امکان پیوند آن‌ها به بیمار وجود ندارد؛ چرا که 5 درصد باقیماندة سلول‌ها متفاوت بوده و قابلیت بالایی برای ایجاد سرطان دارند. به هر حال یکی از ایده‌های ارزشمند در زمینة سلول‌درمانی، تمایز سلول‌ها قبل از پیوند به بدن است که امید می‌رود برخی از مشکلات تکنیکی آن نیز در آیندة نزدیک حل شود.
استفاده از سلول‌های بنیادی برای ترمیم ضایعات کبدی
پیوند سلول‌های بنیادی علاوه بر بیماران قلبی در سایر بیماران نیز نتایج خوبی را نشان داده است. برای مثال، در حال حاضر اگر بیماری دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است برای جلوگیری از انتشار سرطان (متاستاز)‌ به بخش‌های دیگر بدن، بخش سرطانی کبد را نابود کند. برای این منظور معمولاً طی دو عمل جراحی هم‌زمان که اصطلاحاً پارشیال هپاتکتومی ( Partial Hepatectomia ) و پی وی ای ( Portal Vein Embolization ) نامیده می‌شوند، خون ناحیة سرطانی کبد را قطع می‌کنند تا بافت سرطانی به تدریج نابود شود. در عین حال چون بخش باقیماندة کبد باید بتواند وظایف کل کبد را به عهده گیرد، لازم است تا این اعمال جراحی به نحوی انجام شود که بخش سالم باقیمانده، فرصت تکثیر ( Proliferation ) را پیدا کند و در نهایت عملکرد کبد کامل را ایفا نماید. برای این منظور، حداقل 6 هفته زمان لازم است تا بخش باقیمانده و سالم کبد تکثیر شود. اما نتایج تحقیقات نشان داده که با سلول‌درمانی و پیوند سلول‌های بنیادی بالغ ردة‌ ACC133 + به بخش سالم کبد، این مدت زمان به 2 هفته کاهش می‌یابد. با این کار نه تنها کبد فرد بیمار در مدت زمان کمتری ترمیم می‌شود، بلکه با خارج کردن سریع‌تر بخش سرطانی از بدن، احتمال بروز متاستاز و دست‌اندازی سرطان به بخش‌های دیگر بدن فرد نیز کاهش می‌یابد. لازم به ذکر است که بر اساس تحقیقات انجام شده، پیوند سلول‌های ACC133 + به رت‌ها ( Rat نوعی حیوان آزمایشگاهی) باعث افزایش رگ‌زایی در بافت توموری شده است. البته ما نیز در مرکز خود (واقع در دانشگاه دوسلدورف آلمان) این عمل را بر روی سه بیمار انجام داده‌ایم که تاکنون نتایج منفی دربرنداشته است.

خصوصیات و محدودیت‌های سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی با توجه به منشاء و نحوه استفاده دارای مشخصه‌هایی هستند که محدودیت‌هایی را برای کاربرد گسترده آنها به‌وجود می‌آورد، البته تلاش برای رفع این محدودیت‌ها کماکان ادامه دارد. آقای مسعود سلیمانی، دانشجوی دکتری تخصصی گروه هماتولوژی دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس در گفتگو با گروه بیوتکنولوژی شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران به برخی از این خصوصیات اشاره نموده است:
سلول بنیادی به آن دسته از سلول‌های بدن اطلاق می‌شود که دارای خاصیت خودتکثیری بوده و هنوز تمایر نیافته و برای کار ویژه‌ای تجهیز نشده‌اند، اما قابلیت تمایز و تبدیل شدن به سلول‌های دیگر 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.
سلول‌های بنیادی با توجه به منشأ آنها به دو دسته تقسیم می‌شوند: سلول‌های بنیادی جنینی (Embryonic stem cells) که از جنین در مراحل اولیه تشکیل آن گرفته می‌شود و سلول‌های بنیادی مزانشیمی یا بالغ (Adult stem cells) که پس از تولد از افراد به‌ویژه از مغز استخوان آنها گرفته می‌شود.
تلاش برای استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی از حدود 20 سال پیش با کار بر روی حیوانات به ویژه موش‌های آزمایشگاهی شروع شد و در طی این سال‌ها آزمایشات زیادی در جهت تبدیل سلول‌های بنیادی جنینی موش به انواع سلول‌ها و پیوند زدن آنها صورت گرفت که به موفقیت‌های قابل‌توجهی انجامید. در جوار این موضوع، سلول‌های بنیادی انسان نیز مورد توجه قرار گرفت تا اینکه بالاخره در سال 1998 اولین گزارش موفقیت‌آمیز از تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی جنینی انسان در آمریکا منتشر شد. با توجه به بروز برخی محدودیت‌ها در استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی (که تلاش برای رفع آنها ادامه دارد) در چند سال اخیر، موج جدیدی از تحقیقات بر روی سلو‌ل‌های بنیادی مزانشیمی شروع شد که کماکان ادامه دارد. در ادامه برخی از خصوصیات و محدودیت‌های هر یک از دو نوع سلول بنیادی ذکر می‌شوند.

خصوصیات و محدودیت‌های سلول‌های بنیادی جنینی و مزانشیمی

1- اخلاق زیستی Bioethic
سلول‌های بنیادی جنینی، از جنین زنده گرفته می‌شود، بنابراین در بسیاری از کشورها استخراج آنها ممنوع است؛ زیرا از بین بردن جنینی که قابلیت تبدیل شدن به یک انسان را دارد در حکم قتل نفس می‌دانند. به‌عنوان مثال، در کشور آلمان این عمل ممنوع بوده و در کشور انگلستان نیز تا چند ماه قبل، اجازة تحقیقات در این خصوص داده نشده بود. سلول‌های بنیادی مزانشیمی از فرد بالغ گرفته می‌شوند، در نتیجه با این محدودیت مواجه نیستند.
همچنین یکی از کاربردهای بالقوة هر دو دسته از سلول‌های بنیادی، همسانه‌سازی انسان Cloning است که بحث‌های اخلاقی زیادی را به خود معطوف داشته است. در اکثر کشورهای جهان کاربرد سلول‌های بنیادی، با هر منشاء که باشد، برای همسانه‌سازی انسان ممنوع است، در عین حال، سایر کاربردهای بالقوه و بالفعل سلول‌های مذکور در عرصة پزشکی در اقصی‌ نقاط جهان به شدت مورد توجه و تحقیق هستند.
2- پس‌زدگی
با توجه به اینکه از سلول‌های بنیادی مزانشیمی هر بیمار می‌توان جهت مداوای خودش استفاده کرد، پس از تزریق به بدن بیمار، در سیستم تدافعی به‌عنوان یک سلول یا بافت بیگانه شناخته نمی‌شود و مشکل پس‌زدگی یا از بین رفتن آنها پیش نمی‌آید. شایان ذکر است، پس‌زدگی یکی از محدودیت‌های پیش روی محققین در بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی جنینی است، زیرا آنتی‌ژن‌های سازگاری نسجی این سلو‌ل‌ها با شخص گیرنده یکی نیست و احتمال پس‌زدگی بالا می‌رود. البته تحقیقاتی در حال انجام است که مولکول‌های عرضه‌کنندة آنتی‌ژن‌ها را فرونشانند (suppress) تا این مشکل رفع شود.
3- تمایز
سلول‌های بنیادی جنینی دارای قدرت تکثیر و تمایز بالایی هستند، به گونه‌ای که بعضاً بدون اعمال تیمار خاصی، خودبه‌خود به سلول‌های دیگر تبدیل می‌شوند. بنابراین باید جلوی تمایز ناخواسته و تصادفی آنها گرفته شود تا تبدیل به بافت‌های دیگر نیز نشوند.
سلول‌های بنیادی مزانشیمی نیز در محیط کشت، علاقه به تکثیر شدن دارند و با اعمال تیمارهای خاص در مسیر تمایز هدفمند قرار می‌گیرند.
4- ناهماهنگی Arithmy
زمانی‌که از سلو‌لهای بنیادی جنینی برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیدة قلب استفاده می‌شود، در برخی موارد ناهمخوانی بین بافت قلب و بافت ترمیم‌شده به وجود می‌آید. زیرا در این حالت، سلول‌های بنیادی جنینی که با بافت قلبی هموژنی ندارند؛ به سلو‌ل‌های قلبی تبدیل شده‌اند. این مسئله باعث می‌شود در ضربان این دو قسمت ناهمخوانی پیش آید و ریتم قلب به هم بخورد. مشکل ناهماهنگی در برخی از آزمایشاتی که بر روی موش‌ها انجام‌شده، دیده شده است.
اما در مورد سلول‌های بنیادی مزانشیمی، چون این سلول‌ها از خود فرد بیمار دریافت شده‌اند، این مشکل به چشم نمی‌خورد.

نکته

محدودیت‌ها و خصوصیات ذکر‌شده دراین مطلب، به معنی برتری یافتن استفاده از یک دسته از سلو‌ل‌ها بر دیگری نیست؛ کمااینکه تلاش‌های خوبی در جهت رفع محدودیت‌های موجود در حال انجام است که امید می‌رود در آینده استفاده از این سلول‌ها را فراگیر نماید. اما باید توجه نمود که تحقیقات مربوط به سلول‌های بنیادی در کشور باید هر دو جنبة سلول‌های بنیادی جنینی و مزانشیمی را دربرگیرد و توجه به یکی باعث فراموش شدن دیگری نشود؛ زیرا هر یک از آنها دارای مزایا و کاربردهایی هستند که استفاده از آنها را اجتناب‌ناپذیر می‌نماید.
در پایان مقاله به بررسی دیدگاه دکترقدسی زاده بر روند تحقیقات سلول هایدر ایران می پردازیم .
تحلیلی بر روند تحقیقات سلول‌های بنیادی در ایران
در این مطلب نقطه‌نظرات و دیدگاه‌های دکتر علیرضا قدسی‌زاد، در مورد نحوة کار محققان و پزشکان ایرانی در زمینة سلول‌های بنیادی بیان شده است. وی رزیدنت سال پنجم جراحی قلب در دانشگاه دوسلدورف آلمان و محقق در زمینة سلول‌درمانی برای بیماری‌های قلبی است.
الف) مشکلات و سؤالات موجود در زمینة کاربرد سلول‌های بنیادی (به‌ویژه پیوند به قلب)
علیرغم این‌که تلاش‌ها، تحقیقات و ایده‌های محققان و پزشکان ایرانی در زمینة کاربرد سلول‌های بنیادی (به‌ویژه پیوند به قلب) بسیار قابل تقدیر و تحسین است، به نظر می‌رسد در این بین به نکاتی کم توجهی شده‌ است که اهمیت بسیار زیادی دارند. بنابراین لازم است جهت اصلاح روند کار و ایجاد زمینة مناسب برای ارایة دستاوردهای کشور در عرصه‌های بین‌المللی، این مشکلات را برطرف کرد. برخی از مهم‌ترین این مشکلات که در طی سفر چندروزه به کشور و تبادل‌نظر با محققان و پزشکان ایرانی به آنها پی برده‌ام، به این شرح است:
1- مشکلات ناشی از کشت و تکثیر سلول‌ها قبل از پیوند
مشکل اول محققان ایرانی در ارتباط با سلول‌های بنیادی، به روش کار آنها قبل از پیوند مربوط می‌شود. در واقع این افراد پس از تهیة نمونة حاوی سلول‌های بنیادی و قبل از پیوند، آن را به مدت 3 هفته در محیط کشت حاوی سرم خود بیمار تکثیر ( Expand ) می‌کنند. اما باید توجه داشت که اگر سلول‌های اولیة‌ اخذشده از فرد را در محیط حاوی سرم تکثیر کنیم، این سلول‌ها به سلول‌های مزانشیمال تبدیل می‌شوند که ماهیت دقیق آنها مشخص نیست. برخی اعتقاد دارند سلول‌های مزانشیمال جزو سلول‌های CD29 هستند و گروه دیگری آن‌ها را جزو ردة CD129 ، CD117 ، SH2 و SH3 می‌دانند.
لازم به ذکر است ‌که سلول‌ها به دو دستة کلی سلول‌های مولد مزانشیمال ( Mesenchymal progenitor ) و سلول‌های مولد اندوتلیال ( Endothelial progenitor ) تقسیم می‌شوند که ماهیت گروه اول مشخص نیست. بنابراین اگر سلول‌های اولیه در حضور سرم تکثیر شوند، به سلول‌های مزانشیمی تبدیل می‌شوند که توانایی و قابلیت تمایز به رده‌های سلولی مورد نظر ما (مثلاً سلول‌های قلبی) را از دست می‌دهند و فقط قدرت تولید سلول‌های ردة خون‌ساز یا هماتوپوئیتیک ( CD45 + ) را دارا خواهند بود. یعنی رده‌های سلولی CD34 + و ACC133 + که برای پیوند مناسب‌تر هستند، در این نمونه وجود نخواهد داشت.
در یک بیان کلی باید اشاره کرد که در شرایط فعلی و با دانش روز، تکثیر سلول‌های بنیادی در شرایط آزمایشگاهی به هیچ وجه توصیه نمی‌شود. بنابراین بهتر است راه‌های رفتة دیگران دوباره پیموده نشود و تجربه‌های ناموفق آنها تکرار نگردد. به‌عبارت دیگر، چنانچه بخواهیم از سلول‌های بنیادی برای مقاصد درمانی و پیوند به بیماران استفاده کنیم، بهتر است پس از نمونه‌گیری از مغز استخوان و جداسازی سلول‌ها، بلافاصله آن را به فرد بیمار تزریق کنیم تا از بروز تغییرات و تمایزهای ناخواسته‌ که موفقیت عمل را به شدت کاهش می‌دهند، جلوگیری شود.
2- استفاده از توده سلول‌های تمایز یافتة مختلف برای پیوند
اشکال دیگری که به برخی تحقیقات بالینی محققان و پزشکان ایرانی وارد است، عدم جداسازی و خالص‌سازی سلول‌های بنیادی قبل از تزریق آنها به بیمار است. چراکه در نمونة کشت داده شده از آسپیرة مغز استخوان بیمار، مجموعه‌ای از سلول‌های تمایز یافتة مختلف نظیر فیبروبلاست ( Fibroblast ) مغز استخوان نیز وجود دارند که برای بیمار عوارض جانبی به‌دنبال خواهند داشت. برای مثال، وجود سلول‌های فیبروبلاست مغر استخوان در نمونه، مشکلات زیادی از جمله عوارض قلبی و ایجاد بی‌نظمی در ضربان (آریتمی) ایجاد خواهد کرد.
علاوه بر این، در صورت تزریق سلول‌های بنیادی حاوی فیبروبلاست به بیمار، احتمال بروز آسیب بافتی یا Scar tissue در بافت همبند ( Connective tissue ) و کلسیفیه شدن ( Calcification ) بافت‌ها وجود خواهد داشت.
3- اهمیت جداسازی سلول‌ها در شرایط GMP
نکتة مهمی که باید دقیقاً رعایت شود آن است که پروسة جداسازی و استفاده از سلول‌های بنیادی ردة ACC133 + برای پیوند، بایستی تحت شرایط ویژة GMP صورت گیرد. به‌عبارت دیگر، تهیه و آماده‌سازی این سلول‌ها باید در یک سیستم کاملاً بسته و یا توسط دستگاهی انجام شود که حایز شرایط GMP باشد. نکتة دیگر این‌که، کیت‌های مورد استفاده برای جداسازی این سلول‌ها باید برای استفاده در انسان (از نوع بالینی) طراحی و تولید شده باشند که دارای ویژگی‌های GMP هستند، چراکه کیت‌های ارزان‌قیمت دیگری برای جداسازی سلول‌ها در شرایط آزمایشگاهی موجود است که فقط مخصوص تحقیقات آزمایشگاهی بوده و اصلاً برای مقاصد بالینی کاربرد ندارد. خوشبختانه تا آنجا که بنده اطلاع دارم، در ایران چندین مرکز مجهز به امکانات و شرایط GMP یا مشابه آن برای این منظور وجود دارد.
جمع‌بندی بحث مربوط به فعالیت‌های محققان ایرانی در زمینة پیوند سلول‌های بنیادی
به‌عنوان جمع‌بندی، چند نکتة مهم را درخصوص روند تحقیقات سلول‌های بنیادی و کاربرد آن‌ها در ایران بیان می‌کنم:
1- تکثیر کردن سلول‌های بنیادی قبل از پیوند موجب تمایز و کاهش قدرت آن‌ها می‌شود.
2- استفاده از محیط‌ کشت فاقد ویژگی‌های استاندارد ( GMP ) برای تکثیر سلول‌ها قبل از انجام پیوند خطرناک است.
3- عدم جداسازی سلول‌های فیبروبلاست از نمونه حاوی سلول‌های بنیادی قبل از اقدام به پیوند خطرناک است.
4- عدم استفاده از کیت‌های استاندارد برای جداسازی ردة سلولی ACC133 + برای پیوند به بیماران بسیار خطرناک است.
5- اطلاعات دقیق مربوط به نوع و ردة سلول‌های بنیادی جداشده ( FACS data ) از نظر نوع، ماهیت و تعداد باید در کنگره‌ها و مجامع علمی ارایه شود.
در هر حال باید توجه داشت که، پیوند سلول‌های بنیادی به بیماران فقط در شرایطی مقدور است که این سلول‌ها در آزمایشگاه‌های ویژه و کاملاً استریل تهیه و آماده شده باشند که این امر استانداردهای بسیار بالاتری نسبت به فعالیت‌های تحقیقاتی را طلب می‌کند.
ب) سؤالات جدی راجع به دستاوردهای محققان ایرانی در زمینة سلول‌های بنیادی جنینی
هر چند دستاوردهای محققان ایرانی در زمینة جداسازی، تکثیر و نگهداری از سلول‌های بنیادی جنینی انسان بسیار ارزشمند و درخور تقدیر است، اما این نکته را نیز نباید از نظر دور داشت که کشورهای پیشرفتة دنیا نظیر آلمان، غالباً این دانش فنی را از مدت‌ها قبل در اختیار داشته و در مدل‌های حیوانی نیز آزمایش کرده‌اند، ولی به دلایل متعدد از جمله منع قانونی و حقوقی کار با جنین انسان، این تحقیقات بر روی سلول‌های جنینی انسان انجام نشده است؛ پس این مسئله دلیلی بر عقب بودن آن کشورها در این زمینه نیست. بنابراین، محققان ایرانی باید از فرصت‌ها و تسهیلات قانونی و شرعی موجود در ایران بهترین استفاده را برده و جایگاه کشور را در زمینة تکنولوژی تولید سلول‌های بنیادی و استفاده از روش‌های درمانی جدید با استفاده از سلول‌های بنیادی، بیش از پیش ارتقا بخشند.
همچنین ضمن تقدیر از زحمات و موفقیت‌های اخیر محققان ایرانی در زمینة تکثیر و نگهداری از سلول‌های بنیادی جنینی، امیدوارم انتشار کامل و به موقع نتایج تحقیقات این همکاران در مجلات معتبر علمی، گویای عملی کارهای ارزشمند آنها در سطح دنیا باشد.
لذا به نظر من، ضمن آن‌که باید نیروهای متخصص و فعالیت‌های انجام شده را مورد تشویق قرار داد، بایستی ضمن بهره‌گیری ازتجربیات محققان برجستة دنیا، به شکل اصولی و صحیح در این عرصه برنامه‌ریزی و تلاش کرد. در این باره توجه به چند نکته لازم است:
1- ارتباط مستمر و بهره‌گیری از تجربیات محققان و دانشمندان ایرانی مقیم خارج، یک را میان‌بُر است.
2- شرکت فعال در مجامع بین‌المللی و تخصصی به‌منظور ارایة دستاوردها و آشنایی با آخرین نتایج کار محققان دنیا، بسیار مفید و لازم است.
3- انتشار دقیق و به‌موقع نتایج تحقیقات، مانع از انتشار اخبار غیررسمی و غیرعلمی در رسانه‌ها می‌شود.
منابع :
گزارشی از دستاوردهای دانشگاه تربیت مدرس در زمینة سلول‌های بنیادی(دیدگاه دکتر قدسی‌زاد)
کاربردهای سلول‌های بنیادی در پزشکی(دیدگاه دکتر سلیمانی)
www.iranbmemag.com
bioemm.com
http://bio.itan.ir
www.insf.org/

چرا سلول های بنیادی؟

چرا سلول های بنیادی؟

در طول تاریخ بشر، علم پزشکى با افکار و تصورات بزرگ و شجاعت پیشگامان عجین بوده است و همچنین میل به دستیابى به کیفیت بالاى زندگى کسانى که از بیمارى ها رنج مى برند دغدغه همیشگى انسان است. دردهه هاى گذشته علم پزشکى دچار انقلاب و تحول بزرگى شده است که حتى تحولات کشف پنى سیلین، داروهاى بیهوشى ویا اشعه ایکس را تحت الشعاع قرارداده . دنیا به یک باره وارد یک دوره زمانى از پیوند مغز استخوان، قلب، کبد و کلیه یا کشف دى ان ای و ژنوم انسانى، روش هاى نوین نوزادان آزمایشگاهى، اصلاح نژادى حیوانات و درمان با سلول هاى بنیادى… وهمچنین بسیار نزدیک به تولید انواع بافتها و ارگان هاى انسان شده است.
سلولهای بنیادی یا stem Cell سلولهای اولیه ای هستند که قادر به ایجاد هر نوع سلولی در بدن هستند. آنها می توانند تحت تأثیر بعضی شرایط فیزیولوژیک یا آزمایشگاهی به سلول هایی با عملکردهای اختصاصی مانند سلول های عضلانی قلب یا سلول های تولیدکننده انسولین در پانکراس و… تبدیل شوند.

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 تخمک یا شبیه سازی تولید کرد.
تحقیقات در زمینه سلول های بنیادی دو ویژگی مهم دارند که آنها را از انواع سلول های دیگر متمایز می سازد:
۱- توان نوسازی سلول های نامتمایزی هستند که توانایی تکثیر نامحدود خود را دارند و در حالت نامتمایز باقی بمانند.
۲- پرتوانی:سلول های بنیادی قادر به ایجاد هر نوع سلولی در بدن هستند. آنها می توانند تحت تأثیر بعضی شرایط فیزیولوژیک یا آزمایشگاهی به سلول هایی با عملکردهای اختصاصی مانند سلول های عضلانی قلب یا سلول های تولیدکننده انسولین در پانکراس و… تبدیل شوند.
دانشمندان در ابتدا با دو نوع از سلول های بنیادی که از حیوانات و انسان ها به دست آمده بودند، شامل سلول های بنیادی جنینی و سلول های بنیادی بالغین کار می کردند که این دو دسته سلولی عملکردها و ویژگی های مختلفی دارا هستند.
بیشتر از ۲۰ سال قبل ( در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی ) دانشمندان توانستند سلول های بنیادی را از جنین ابتدایی موش جدا کنند و با مطالعه سالها جزئیات بیولوژی سلول های بنیادی موش؛ در سال ۱۹۹۸ دانشمندان موفق به جدا کردن سلول های بنیادی جنینی از جنین انسان و رشد آنها در محیط آزمایشگاه شدند و این سلول ها را سلول های بنیادی جنینی انسان نامیدند. این سلول های همانطور که از نامشان مشخص است از جنین های ۴ یا پنج روزه که از تخم های آزمایشگاهی بارور می شوند به دست می آیند و در محیط آزمایشگاهی در محیط کشت های اختصاصی رشد داده می شوند.
سلول های بنیادی بالغین، سلول های نامتمایزی هستند که در بین سلول های تمایز یافته بافت ها و ارگان های بدن انسان یافته می شوند و توانایی نوسازی و تمایز به انواع سلول های اختصاصی اصلی بافت یا ارگان را دارند. نقش های اولیه این سلول ها در یک ارگان زنده شامل حمایت کردن و تعمیر بافت هایی است که از آنها به دست می آیند.
دانشمندان سلول های بنیادی بالغین را در بافت های بیشتری نسبت به آنچه فکر می کردند به دست آوردند. این یافته ها دانشمندان را به استفاده از این سلول ها در علم پیوند راهنمایی کرد. اکنون بیشتر از ۳۰ سال از استفاده سلول های بنیادی بالغین خون ساز که از مغز استخوان برای پیوند جدا می شوند، می گذرد.
در سال ۱۹۶۰ محققان کشف کردند که مغز استخوان حداقل دو نوع سلول بنیادی را دربردارد که شامل سلول های بنیادی خون ساز که انواع سلول های خونی را در بدن می سازند و سلول های استرومال که می توانند بافت های غضروف، استخوان، چربی، بافت های همبندی فیبروز را در بدن بسازند، است.
در سال ۱۹۶۰ دانشمندانی که موش ها را مطالعه می کردند دو منطقه از مغز موش را که شامل سلول های تقسیم شونده که تبدیل به سلول های عصبی می شوند، کشف کردند. بر خلاف این گزارش ها بیشتر دانشمندان معتقد بودند که سلول های عصبی جدید در مغز بالغین نمی تواند تولید شود تا اینکه در سال ۱۹۹۰ دانشمندان توافق کردند که مغز بالغین شامل سلول های بنیادی است که توانایی تولید سه نوع اصلی سلول های مغزی را که شامل آستروسیت ها و الیگودندروسیت ها (سلول های غیرعصبی) و نورون ها (سلول های عصبی) دارا هستند.
سلول های بنیادی بالغین در ارگان ها و بافت های زیادی از بدن جدا شده اند، اما نکته مهم این است که تعداد بسیار محدودی از این سلول ها در هر بافت وجود دارد که در منطقه خاصی از آن بافت برای سالها ساکن می مانند، تا اینکه با ظهور بیماری یا آسیب بافتی فعال می شوند.
بافت هایی که سلول های بنیادی بالغین در آنها یافت می شوند عبارتند از: مغز استخوان، خون محیطی، مغز، عروق خونی، پالپ دندان، عضله اسکلتی، پوست، کبد، پانکراس، قرنیه، شبکیه، سیستم گوارش.
دانشمندان در خیلی از آزمایشگاه ها تلاش می کنند تا بتوانند که سلول های بنیادی بالغین را در کشت سلول به انواع سلول ها اختصاصی تبدیل کنند تا از آنها برای درمان بیماری ها و صدمات بافتی استفاده کنند.
پتانسیل های درمانی این سلول ها عبارتند از:جایگزینی سلول های تولیدکننده دوپامین در مغز در بیماری پارکینسون، تولید سلول های انسولین ساز برای نوع یک دیابت (وابسته به انسولین) و تعمیر سلول های عضلانی تخریب شده.
سلول های بنیادی بند ناف از سلول های پرتوان دیگر هستند که همچون سلول های بنیادی بالغین قادرند تا انواعی از سلول ها را در محیط آزمایشگاهی تولید کنند. در بند ناف دو دسته سلول های بنیادی وجود دارند که قادر به ساختن سلول های خونی و سلول های استخوانی و چربی بوده و همچنین به عنوان جایگزینی برای سلول های مغز استخوان در علم پیوند مغز استخوان محسوب می شوند.

ضرورت تحقیق و پژوهش در خصوص سلول های بنیادی چیست؟

سلول های بنیادی قادرند به طور نامحدود هر نوع سلول را به وجود آورند که این خصوصیت باعث استفاده حیرت آور این سلول ها در علم پیوند شده است. علاوه بر این می توان به گونه ای این سلول ها را از نظر ژنتیکی تغییر داد تا پس از پیوند دفع نشوند.کارهایی که در این رابطه تا به حال انجام شده اند عبارتند از:
۱- سلول های ماهیچه قلب توان تکثیر طی دوره بزرگسالی را ندارند و هرگاه با جراحت یا ایسکمی، به بافت مزبور آسیبی برسد بافت غیرفعال جایگزین سلول های ماهیچه ای قلب فعال می شوند. سلول های بنیادی جنینی توان تبدیل به سلول های ماهیچه ای قلب را دارند که از آنها می توان در درمان موارد سکته های قلبی که عامل اصلی آسیب به ماهیچه قلب هستند و همچنین در موارد اختلالات مادرزادی قلبی استفاده کرد.
۲- سلول های بنیادی خون ساز در علم پیوند مغز استخوان برای درمان بعضی بیماری های خونی مانند تالاسمی و همچنین سرطان های افراد بزرگسال و خردسال به کار می روند که در ایران از سال ۱۳۷۱ در مرکز هماتولوژی و انکولوژی و پیوند مغز استخوان واقع در بیمارستان شریعتی وابسته به دانشگاه علوم پزشکی تهران و دانشگاه علوم پزشکی شیراز انجام می شود.
۳- سلول های مولد انسولین از سلول های بنیادی جنینی موش و انسان به دست آمده اند که می توانند راهگشایی در درمان بیماری دیابت باشند.
۴- سلول های عصبی از سلول های بنیادی جنینی به دست آمده اند که از آنها می توان در درمان بیماری های تخریب شونده سیستم عصبی مانند پارکینسون و یا آلزایمر استفاده کرد.
۵- سلول های پوستی از سلول های بنیادی جنینی به دست آمده اند

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.
این خطوط سلولی را می‌توان منجمد کرده و بین آزمایشگاهها به اشتراک گذاشت. کار با سلولهای بنیادی بالغ برای دانشمندان سخت‌تر است. زیرا استخراج و کشت آنها نسبت به سلولهای بنیادی جنینی دشوارتر است. یافتن سلولهای بنیادی در بافت بالغ به تنها مشکل است بلکه دانشمندان هم برای کنترل آنها در آزمایشگاه با مشکل رو به رو هستند. اما حتی کنترل سلولهای بنیادی جنینی هم که به خوبی در آزمایشگاه پرورش می‌یابند آسان نیست دانشمندان همچنان در تلاشند تا این سلولها را به رشد در انواع خاصی از بافت وادارند.

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.
از سلولهای بنیادی می‌توان برای بازسازی سلولهای مغزی بیماران مبتلا به پارکینسون استفاده کرد. این بیماران فاقد سلولهایی هستند که ناقل عصبی موسوم به دوپامین را تولید می‌کنند. بدون وجود این پیک شیمیایی حرکت بیماران مبتلا به پارکینسون نامنظم و منقطع است. و این افراد از ارزشهای غیر قابل کنترل رنج می‌برند. در تحقیقات انجام شده روی موشها پژوهشگران سلولهای بنیادی جنینی را در مغز موشهای مبتلا به بیماری پارکینسون تزریق کردند و شاهد آن بودند که سلولهای بنیادی ، موشها را بهبود بخشیدند. دانشمندان امیدوارند که روزی بتوانند این موفقیت خود را در انسانهای مبتلا به پارکینسون هم تکرار کنند.

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.
پس از آنکه چارچوب با بافت خاص آن اندام پوشیده شد آن را به بیمار پیوند می‌زنند. با بوجود آمدن بافت از سلولهای بنیادی چارچوب تجزیه شده و در نهایت یک گوش ، کبد یا هر اندام دیگر باقی خواهد ماند. از جمله بیماریهایی که احتمالا روزی یا درمان سلولی معالجه خواهند شد می‌توان به پارکینسون ، دیابت ، بیماری قلبی ، صدمه به نخاع ، سوختگی ، آلزایمر و ضعف بینایی اشاره کرد.

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 ،‌ بیماری‌های قلبی و سرطان ازطریق تولید جنینهای آزمایشگاهی و همچنین تحقیق و بررسی روی آنها به منظور ایجاد توسعه و پیشرفت در علوم پزشکی و 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؟
منبع:
daneshname.roshd.ir
http://www.pezeshk.us
http://phalls.com
http://www.ardalan.id.ir