طراحی و ساخت سامانه جدیدی برای کمک به درمان ناباروری در دانشکده مهندسی مکانیک

به گزارش روابط‌عمومی دانشکدگان فنی، دکتر مهدی مقیمی زند، عضو هیات‌علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشکدگان فنی، در خصوص این طرح گفت: «در موضوع کمک به درمان ناباروری، تاکنون فناوری‌های زیادی تحت عنوان روش‌های کمک باروری پدید آمده‌اند. در حال حاضر نرخ موفقیت فناوری‌های کمک‌باروری محدود به حدود 33% در هر سیکل درمانی می‌باشد که الزام استفاده از چندین سیکل باروری را ایجاب می‌کند. جداسازی و انتخاب اسپرم، گام محوری در روش‌های کمک‌باروری به حساب می‌آید و ایجاد بهبود در این مرحله و به خصوص کاهش آسیب به اسپرم‌ها که از معایب روش‌های فعلی می‌باشد، می‌تواند نرخ موفقیت باروری و به صورت بالقوه سلامتی فرزندان را به طور قابل توجهی بالا برد.

مجری طرح ساخت این سامانه ادامه داد:«بر این اساس در چند سال گذشته، پروژه‌های متنوعی در زمینه طراحی، ساخت و تست ادوات کمک باروری تعریف و اجرا گردید. در آخرین پژوهش صورت گرفته در آزمایشگاه ادوات پزشکی کوچک،  BioMEMSو LoC در دانشکده مکانیک، طراحی و ساخت افزاره میکروسیالی چندعاملی به صورت غیرفعال و بدون نیاز به تجهیزات جانبی گسترده برای جداسازی اسپرم‌های سالم انجام شده است. این پژوهش، با کمک دانشجویان دکتری و ارشد آقایان علی لسانی و ایمان رمضانی، تحت راهنمایی اینجانب و خانم دکتر سمیه کاظم نژاد (مرکز ناباروری ابن سینا) و با مشاوره آقای دکتر رضا نصرتی (دانشگاه موناش استرالیا) و نیز با همکاری محققینی از مرکز ناباروری ابن سینا و دانشگاه‌های کالیفرنیا برکلی، و ایالتی سن فرانسیسکو، صورت گرفته است. طراحی این افزاره، بستر همگرایی میان فناوری MEMS، نانوفناوری و فناوری اپتیک را فراهم کرده و هم‌افزایی ناشی از این همگرایی را در خدمت فناوری‌های کمک‌باروری قرار می‌دهد. نتایج حاصل از تحلیل رفتار حرکتی اسپرم و کیفیت اسپرم‌های جداسازی شده، نشان از بهبود شاخص نسبت به روش‌های سنتی دارد».

دکتر مقیمی زند، در خصوص مزیت مهم این روش با روش‌های معمول دیگر گفت: «مزیت اسپرم‌های جداسازی‌شده در این افزاره، آن است که تحریک نوری در عین غیرآسیب‌زا بودن، باعث جبران کاهش تحرک اسپرم در طول شنا کردن به سمت خروجی می‌گردد. از سوی دیگر سطوح نانوساختار باعث تسهیل حرکت اسپرم‌ها بر روی سطح شده (افزایش سرعت 20 تا 85 درصدی) و ترکیب آن با تحریک نوری حتی از میزان تولید گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر نسبت به روش گرادیان چگالی می‌کاهد (66/4 در برابر 39/10 درصد). هندسه و طراحی کانال‌ها نیز نقش تمایزدهندگی میان اسپرم‌ها را بر عهده دارند. در مجموع، این افزاره می‌تواند به عنوان یک محصول قابل رقابت جهت ورود به چرخه درمان ناباروری مطرح شود».

وی افزود: «در سامانه توسعه یافته، نمونه مایع منی خام که بر روی آن فرآیندی اعم از شستشو و سانتریفیوژ در آزمایشگاه انجام نشده است، با استفاده از میکروپیپت یا سرنگ معمولی به میزان کمتر از 20 میکرولیتر در درون محفظه ورودی انداخته می‌شود. پیش از انداختن نمونه مایع منی، تمامی کانال‌ها توسط محیط کشت و از طریق سرنگ به صورت دستی پر می‌گردد. پس از گذشت 15 تا 30 دقیقه اسپرم‌های جداشده از محفظه (های) خروجی قابل استحصال و استفاده در فرآیند درمان کمک‌باروری می‌باشند».

دکتر مقیمی زند، سایر مزیت‌های این روش را چنین برشمرد:

1. انجام فرآیند جداسازی اسپرم‌های سالم با استفاده از ترکیبی از عوامل مؤثر و استفاده از اثر هم‌افزایی آنها؛
2. عدم حذف اسپرم‌های با تحرک متوسط از چرخه انتخاب به واسطه تسهیل و بهبود در تحرک به واسطه سطوح نانوپوششی و تحریک نوری؛
3. حذف هرگونه مواد زائد و اسپرم‌های مرده در فرآیند جداسازی؛
4. جداسازی سلول‌های زنده، با تحرک بالا و همچنین تراکم قابل قبول در خروجی‌های سامانه میکروسیالی؛
5. جداسازی بر اساس درجه تحرک اسپرم در خروجی‌های چندگانه سامانه میکروسیالی.
6. زمان نسبتاً کم فرآیند جداسازی (10 دقیقه برای سامانه اصلی و 30 دقیقه برای سامانه سَرَند اسپرم)؛
7. عدم وارد کردن آسیب به DNA نمونه‌های اسپرم؛
8. کاهش میزان تولید ROS در نمونه به واسطه ترکیب عملکرد تحریک نوری و سطح نانوپوششی؛
9. قابلیت استفاده از سامانه تحریک نوری به صورت مستقل در فرآیند IUI و IVF؛
10. طراحی با در نظر گرفتن توسعه آینده (قابلیت افزودن عوامل جدید دیگر بدون نیاز به تغییر در طراحی)؛
11. هزینه تمام شده پایین‌تر ریزتراشه به جهت قابلیت تجمیع تعداد قابل قبول (حدود 9 طرح) بر روی ویفر سیلیکونی به عنوان قالب و سرشکن شدن قیمت بر روی تعداد؛
12.  قابلیت استفاده چندین باره از یک ریزتراشه برای هر فرد.

مجری این پروژه در پایان خاطرنشان کرد که علاوه بر نوع غیرفعال، طراحی، ساخت و تست افزاره فعال با استفاده از جریان معکوس سیال نیز انجام پذیرفته که نتایج امیدبخشی به خصوص به جهت برون‌دهی و میزان نمونه جمع آوری شده داشته است؛ تحقیقات بر روی افزاره‌های فعال کماکان ادامه دارد.

گفتنی است نتایج حاصل از این پژوهش‌ تاکنون در مجلات Scientific Reports از انتشارات Nature و مجله Computers in Biology and Medicine از انتشارات Elsevier به چاپ رسیده است.

تصاویری از سامانه های ساخته شده و تجهیزات تست