برگزاري سمينار هفتگي دانشجويان گروه بيوشيمي


۱۹ فروردین ۱۳۹۶

سمينار هفتگي دانشجويان دكتري گروه بيوشيمي با سخنراني رضا افريشم و سحر صادق نژادي به راهنمايي خانم دكتر پاك نژاد راس ساعت 12- 10 روز يكشنبه مورخ 20/1/96 در محل تالار دكتر ملك نيا برگزار ميگردد. از عموم علاقمندان براي شركت در جلسه سخنراني دعوت به عمل مي آيد.

حضور كليه دانشجويان تحصيلات تكميلي گروه بيوشيمي در سمينارهاي هفتگي دانشجويان الزامي است.

خلاصه سمينارهاي مربوطه به شرح ذيل مي باشد:

 

بسمه تعالی

 

دانشگاه علوم پزشکی تهران

دانشکده پزشکی- گروه بیوشیمی بالینی

خلاصه سمینار دانشجویی- مقطع دکتری تخصصی بیوشیمی بالینی

 

عنوان :

Biosensors and their applications

ارائه دهنده : سحر صادق نژادی                                                           ورودي: بهمن 94

استاد راهنما : دکتر پاک نژاد                                                               امضا استاد راهنما:

 

مقدمه

بیوسنسورها سیستم تشخیصی بیولوژیکی هستند که از یک جزء بیولوژیکی به همراه یک مبدل تشکیل شده اند و برای اندازه گیری کمیت های بیوشیمیایی کاربرد دارند.

پیشرفت بیوسنسورها از سال 1962 که شخصی به نام Leland Clark الکترود آنزیمی را اختراع کرد، شروع شد.

شکل 1 نمای عمومی یک بیوسنسور را نشان می دهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، یک بیوسنسور از بخشهای مختلفی تشکیل میشود که شناساگر زیستی )گیرنده ی زیستی[1] ( و مبدل[2] بخشهای اصلی به شمار می روند. علاوه بر این دو قسمت، اغلب بیوسنسورها دارای تقویت کننده ی سیگنال[3] و آشکارساز[4] نیز می باشند .

شکل1. نمای عمومی بیوسنسورها

 

براساس بخش مبدل، بیوسنسورها به انواع الکتریکی، الکتروشیمیایی، مکانیکی، نوری و حرارتی دسته بندی میشوند که هر گروه خود به زیرگروههای دیگری نیز قابل تقسیم است.

در میان انواع بیوسنسورها، بیوسنسورهای الکتروشیمیایی به واسطه ی حساسیت بالا، قابل حمل بودن، سازگاری با فناوری های جدید و صرفه ی اقتصادی کاربرد بیشتری یافته و بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند.

بیوسنسور الکتروشیمیایی بیوسنسوری است که مبدل آن الکتروشیمیایی باشد. اغلب در
این سیستمها، الکترود اصلاح شده شیمیایی به عنوان ماده رسانا، نیمه رسانا یا رسانای یونی بوده که با لایه ای
از مواد بیوشیمیایی پوشانیده میشود(شکل2).

در حال حاضر بیوسنسورهای الکتروشیمیایی گلوکز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار بوده و برای اندازه گیری غلظت گلوکز خون بیماران دیابتی استفاده می شوند.

شکل2. بیوسنسور الکتروشیمیایی

بخش شناساگر زیستی می تواند آنتی بادی،آنتی ژن، آپتامر، اولیگونوکلئوتید، آنزیم، گیرنده های سلولی، یا حتی بخشهای زیستی بزرگتری همچون اندامکهای سلولی، ذرات فاژی یا سلول کامل باشد و توانایی شناسایی دقیق و انتخابگرانه ی آنالیت ها را داراست؛ چراکه قادر است با تمایل قابل توجهی با آنالیتها برهمکنش داده و پیوند برقرار کند.

براساس مکانیسم تشخیصی یک بیوسنسور یا ماهیت مولکول هدف از اصطلاحاتی همچون ایمنوسنسور[5] و ژنوسنسور[6] نیز استفاده میشود.

ژنوسنسور،  به بیوسنسوری اطلاق میشود که از هیبریداسیون اختصاصی و هوشمندانه ی اسیدهای نوکلئیک به عنوان مکانیسم اصلی شناسایی مولکول هدف بهره می برد. مولکول هدف در ژنوسنسورها بخشی از یک توالی ژنی شناخته شده یا توالی های مرتبط با آن است.

از ژنوسنسورها می توان جهت تشخیص موتاسیون یا آسیب DNA استفاده کرد که به تشخیص سریعتر ناهنجاریهای ژنتیکی کمک می کند. همچنین برای تشخیص آلودگی به ویروس ها کاربرد دارد(شکل3).

شکل3. طراحی ژنوسنسور جهت تشخیص آلودکی به ویروس هپاتیت B

 

 

 ایمنوسنسور، بیوسنسوری است که به کارگرفتن برهمکنش شناخته شده ی آنتی ژن/آنتی بادی مولکول هدف را شناسایی میکند. بر اساس واکنش های ایمنی ،4 نوع اصلی از ایمونوسنسور  وجود دارد که شامل : مستقیم، غیر مستقیم، ساندویچ و رقابتی می باشند.

اساس این 4 نوع ایمونواسی ها مشابه می باشند ومعمولاً شامل مراحل زیر است:

-        کوت کردن یک آنالیت( معمولاً آنتی ژن)

-        بلاک کردن سطوح غیرواکنش دهنده

-        و شناسایی آنالیت

روش ایمونواسی مستقیم ساده ترین روش است. در این روش ابتدا آنتی ژن در سطح تثبیت شده و پس از شستشو و انجام دادن مرحله مسدود کردن سطوح غیرواکنش دهنده، یک آنتی بادی نشاندار جهت تشخیص اضافه می شود(شکل4).

شکل4. ایمونواسی به روش مستقیم

در ایمونواسی غیر مستقیم آنتی ژن بر روی سطح کوت می شود و در مرحله بعد آنتی بادی اختصاصی آن اضافه شده و به آنتی ژن متصل می شود. سپس یک آنتی بادی ثانویه نشاندار علیه آنتی بادی اولیه جهت تشخیص اضافه می شود(شکل5).

شکل5.ایمونواسی به روش غیرمستقیم

در روش ایمونواسی ساندویچ، بعد از اتصال آنتی ژن به آنتی بادی کوت شده بر روی سطح، آنتی بادی نشاندار که علیه اپی توپ دیگری از آنتی ژن می باشد اضافه می شود. در واقع آنتی ژن بین دو آنتی بادی ساندویچ می شود(شکل 6).

شکل6. ایمونواسی ساندویچ

 

در رابطه با سنجش رقابتی، دو نوع مستقیم و غیرمستقیم وجود دارد.

در سنجش رقابتی مستقیم، نیز دو رویکرد دنبال می شود.

 رویکرد اول به این صورت است که آنتی بادی به سطح کوت شده و آنتی ژن نشاندار با آنتی ژن غیرنشاندار جهت اتصال به آنتی بادی کوت شده در سطح رقابت می کند(شکل7).

شکل7. روش رقابتی مستقیم. رویکرد اول

 

اما دررویکرد  دوم، آنتی ژن کوت شده بر روی سطح با آنتی ژن آزاد موجود در نمونه با آنتی بادی آزاد نشاندار رقابت می کند(شکل8).

شکل8. سنجش رقابتی مستقیم. رویکرد دوم

 

در سنجش رقابتی غیر مستقیم از آنتی بادی ثانویه نشاندار برای اتصال به آنتی بادی اولیه جهت تشخیص استفاده می شود(شکل8). نوع دوم روش رقابتی برای جلوگیری از مشکلات مربوط به کوت کردن آنتی بادی( مانند جهت یابی درست آنتی بادی و از دست رفتن افینیتی آنتی بادی)  نسبت به روش مستقیم ترجیح داده می شود.همچنین این روش در صورتی که آنتی بادی اولیه نشاندار علیه آنتی ژن مورد بررسی در دسترس نباشد، مناسب می باشد.

 

شکل8. سنجش رقابتی غیر مستقیم

 

 

 

بیوسنسورها به دو صورت لیبل دار و بدون لیبل(label-free) طراحی می شوند.

چندین نوع لیبل وجود دارد که بسته به بیوسنسور طراحی شده، کاربردهای متفاوتی دارند. لیبل ها شامل: آنزیم، نانوپارتیکل فلزی[7]، ترکیبات الکتروفعال[8] و نقاط کوانتومی[9] می باشند.

در سال 2008، تانگ و شیا[10] ایمونوسنسوری به روش رقابتی برای تشخیص تومورمارکر  CEA طراحی کردند(شکل9). به این صورت که آنتی ژن CEA بر روی الکترود که از نانوپاتیکل طلا پوشانیده شده، کوت

می شود. سپس آنتی ژن موجود در نمونه با آنتی ژن کوت شده بر روی الکترود برای اتصال به آنتی بادی نشان دار رقابت می کند. در نهایت کاهش سیگنال نشان دهنده افزایش غلظت آنتی ژن موجود در نمونه می باشد.

شکل9. ایمونوسنسور لیبل دار به روش رقابتی جهت تشخیص آنتی ژن CEA

 

شکل 10 ایمونوسنسوری را نشان می دهد که بدون لیبل می باشد  و با استفاده از پروب ردوکس قادر به تشخیص یک سری تغییرات الکترونی در طی تشکیل کمپلکس ایمنی می باشند.

شکل10. ایمونوسنسور بدون لیبل طراحی شده جهت بررسی آنتی ژن اختصاصی پروستات

 

نتیجه گیری:

در این روش ها حساسیت تشخیص بیومارکرها اهمیت زیادی دارد، بنابراین انتخاب شناساگر زیستی مناسب جهت کوت کردن بر سطح یکی از مراحل مهم طراحی بیوسنسورها می باشد.علاوه بر این، استفاده از نانوپارتیکل ها در سطح الکترود جهت تقویت سیگنال حاصل از اینتراکشن یا به عنوان لیبل، نیز منجر به بهبود حساسیت می شود. همچنین جنبه های دیگری مانند ذخیره سازی و پایداری بیوسنسورها بسیار مهم می باشند، چرا که ذخیره سازی و شرایط حمل و نقل،  نقش مهمی بر عملکرد و نیمه عمر بیوسنسورها دارد. فاکتورهای محیطی مانند: رطوبت، دما و در معرض هوا قرار گرفتن از جمله موانع مهم بر عملکرد این سیستم ها می باشند.

 

 

 

References:

 

1-      Rama EC, CostaGarcía A. Screenprinted Electrochemical Immunosensors for the Detection of Cancer and Cardiovascular Biomarkers. Electroanalysis. 2016 Aug 1;28(8):1700-15.

2-      Laocharoensuk R. Development of Electrochemical Immunosensors towards Pointofcare Cancer Diagnostics: Clinically Relevant Studies. Electroanalysis. 2016 Aug 1;28(8):1716-29.

3-      Thévenot DR, Toth K, Durst RA, Wilson GS. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors and Bioelectronics. 2001;16(1):121-31.

4-      Castro AC, França EG, de Paula LF, Soares MM, Goulart LR, Madurro JM, Brito-Madurro AG. Preparation of genosensor for detection of specific DNA sequence of the hepatitis B virus. Applied Surface Science. 2014 Sep 30;314:273-9.

5-      Kurzątkowska K, Sirko A, Zagórski-Ostoja W, Dehaen W, Radecka H, Radecki J. Electrochemical Label-free and Reagentless Genosensor Based on an Ion Barrier Switch-off System for DNA Sequence-Specific Detection of the Avian Influenza Virus. Analytical Chemistry. 2015 Sep 22;87(19):9702-9.

6-      Bohunicky B, Mousa SA. Biosensors: the new wave in cancer diagnosis. Nanotechnology, science and applications. 2010;4:1-10.

7-      Omidfar K, Darzianiazizi M, Ahmadi A, Daneshpour M, Shirazi H. A high sensitive electrochemical nanoimmunosensor based on Fe 3 O 4/TMC/Au nanocomposite and PT-modified electrode for the detection of cancer biomarker epidermal growth factor receptor. Sensors and Actuators B: Chemical. 2015;220:1311-9.

 



[1]  Biorecognition element (Bioreceptor)

[2] Transducer

[3]  Signal amplifier

[4]  Detector

[5]  Immunosensor

 

[6] Genosensor

[7] Metal nanoparticles

[8] Electroactive compounds

[9] Quantum Dots

[10] Tang and Xia

بسمه تعالی

دانشگاه علوم پزشکی تهران

دانشکده پزشکی- گروه بیوشیمی بالینی

خلاصه سمینار دانشجویی- مقطع دکتری تخصصی بیوشیمی بالینی

عنوان :

Molecular Mechanisms Linking Psychological Stress to Cancer

ارائه دهنده : رضا افریشم                                                                          ورودي: بهمن 94     

امضا استاد راهنما:                                                            استاد راهنما : دکتر پاک نژاد

مقدمه

استرس رویدادی است که هموستاز بدن را تهدید می کند و منجر به پاسخ های فیزیولوژیک می گردد. استرس به دو نوع کلی تقسیم می شود. 1- استرس های فیزیکی 2- استرس های روان شناختی. استرس های فیزیکی شامل تروما، عفونت، ورزش های سنگین و..، و استرس های روان شناختی شامل نگرانی، اضطراب، نشخوار فکری و .... می باشد. طی استرس روانشناختی هورمون های مختلفی مثل کورتیزول، نوراپی نفرین، اپی نفرین، دوپامین، تستوسترون و... دچار تغییر می شوند. این تغییرات می تواند افراد را در ابتلا به انواع سرطان ها مستعد کنند که در ادامه به بررسی مکانیسم های مولکولی این فرآیند ها خواهیم پرداخت. هدف از این بررسی ارزیابی مکانیسم های مولکولی مرتبط کننده استرس های روان شناختی به بیماری سرطان می باشد.

تعریف استرس و مدیاتور های آن

استرس به عنوان یک محرک محیطی و روانشناختی تعریف می شود که می تواند واکنش های ذهنی یا فیزیولوژی را ایجاد کند و این امر ممکن است منجر به بروز بیماری در افراد شود. استرس ملایم می تواند در تکالیف و عملکرد شناختی مفید واقع شود در حالی که استرس بالا به طور پایدار ممکن است به اضطراب و افسردگی منجر شود و به عنوان بیماری روانی عصبی (neuropsychiatric)  تعریف می شوند. بدن برای مقابله با این شرایط استرس زا پاسخ های متفاوتی را در فاز های مختلف می دهد که در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1. فاز های مختلف پاسخ بدن به یک فرآیند استرس زا که می تواند تهدید کننده هموستاز بدن باشد.

پاسخ استرسی بوسیله افزایش در رهاسازی کورتیکواستروئیدها (corticosteroid) شناخته می شود. اثر استرس روان شناختی  بر فعالیت محور(hypothalamic-adrenocortical)  HPA و دستگاه اعصاب خودکار مشخص شده است. محور HPA یک سیستم پاسخ به استرس ماژور می باشد، که برای بقاء و سازگاری حیاتی است و به خصوص، می تواند در فهم اثرات جانبی عوامل استرس زا بر سلامتی مهم باشد. رهاسازی کورتیزول در پاسخ به عوامل استرس زای معین ممکن است در کوتاه مدت سازگار باشد و برای مقابله با تهدیدات شدید به تغییرات رفتاری و فیزیکی منجر شود. اما، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض کورتیزول حاصل از فعالیت مکرر، طولانی یا بیش از حد محور HPA ممکن است ناسازگار باشد. در واقع، طیفی از اختلالات، شامل سرطان، مقاومت به انسولین و بیماریهای قلبی-عروقی با فعالیت مداوم محور HPA مرتبط می باشد.

از سویی دیگر طی استرس روانشناختی هورمون های مختلفی مثل، نوراپی نفرین، اپی نفرین، دوپامین و... دچار تغییر می شوند که این تغییرات می تواند افراد را در ابتلا به انواع سرطان ها مستعد کنند. نشان داده شده است که کورتیزول از طریق اثری که بر روی گیرنده های سیستم عصبی سمپاتیک دارد و همچنین اثری که بر روی قسمت مدولای فوق کلیه دارد می تواند ترشح این مدیاتور ها تحت تاثیر قرار دهد.

اثرات کورتیزول و کاتکول آمین ها طی استرس بر روی سرطان

هورمون کورتیزول به وسیله ی تحریک بیان فسفاتاز-1 MAPK، مسیر سیگنالینگ MAPK را مهار می کند. مسیر سیگنالینگ MAPK نقش مهمی را در تحریک آپوپتوز ایفا می کند که با مهار این مسیر، بقا سلولی افزایش می یابد. همچنین تحریک تحریک بیان فسفاتاز-1 MAPK، فاکتور JNK و ERK1/2 را مهار می کند که این مسیر نیز بقا سلولی را افزایش می دهد.

گیرنده های آدرنرژیک برای کاتکول آمین ها، بر روی سلول های سرطانی و سلول های محیط اطراف این سلول های توموری مثل آدیپوسیت ها، فیبروبلاست ها، سلول های اندوتلیال و ماکروفاژها وجود دارد. فعال شدن این گیرنده ها می تواند منجر مهار آپوپتوز، ترشح فاکتور آنژیوژنیک و تغییر در سیستم ترميم DNA شود.

شکل 4. انواع گیرندهای آدرنرژیک و مسیر های سیگنالینگ آنها

گیرنده های آلفا آدرنرژیک

تحریک گیرنده های آلفا آدرنرژیک منجر به شروع و پیشرفت سرطان شده و می تواند متاستاز تومور را افزایش دهد. تحریک این گیرنده ها می تواند بیان یک سری پروتو انکوژن مثل c-Jun  و  c- Fosرا افزایش می دهد. همچنین این گیرنده ها مسیر سیگنالینگ PI3K/Akt و نیز سیکلین D را افزایش می دهد که می توانند به ترتیب منجر به افزایش بقا سلولی و تکثیر سلولی گردند. نوراپی نفرین با تحریک این گیرنده مسیر [1]PI3K/Akt/ eNOS را فعال کرده که می تواند منجر به آنژیوژنز گردد.

گیرنده های بتا آدرنرژیک

تحریک گیرنده های بتا آدرنرژیک نیز منجر به شروع و پیشرفت سرطان شده و می تواند آنژیوژنز و متاستاز تومور را افزایش دهد.

گیرنده های بتا آدرنرژیک بیان ژن هایی مثل VEGF، IL-8،  IL-6 وmatrix metalloproteinase  را افزایش می دهد منجر به پیشرفت سرطان می گردد و آنژیوژنز و متاستاز سلول های توموری را افزایش می دهد. از طرفی، پروتئین کیناز A تحریک شده توسط این گیرنده، فاکتور BAD را فسفریله کرده و منجر به کاهش فعالیت این فاکتور شده و اینترکشن این فاکتور را با Bcl-2 و Bcl-xL کاهش می دهد. این فرآیند فعالیت ضد آپوپتوزی  Bcl-2 و Bcl-xL را افزایش می دهد. این گیرنده همچنین پروستاگلاندین E2 را افزایش داده كه می تواند نقش در متاستاز سلول های توموری داشته باشد.

نتيجه گيري

در مجموع، این بررسی صورت گرفته  نشان می دهد که استرس روان شناختی  می تواند از طریق مسیر های مولکولی متفاوت، شروع  و پیشرفت سرطان، تهاجم و متاستاز سلول های توموری را  را تحت تاثیر قرار دهد.

 

 

Reference:

1-      García-Jiménez C, García-Martínez JM, Chocarro-Calvo A, De la Vieja A. A new link between diabetes and cancer: enhanced WNT/β-catenin signaling by high glucose. Journal of molecular endocrinology. 2014 Feb 1;52(1):R51-66.

2-      Shikata K, Ninomiya T, Kiyohara Y. Diabetes mellitus and cancer risk: review of the epidemiological evidence. Cancer science. 2013 Jan 1;104(1):9-14.

3-      Ward PS, Thompson CB. Metabolic reprogramming: a cancer hallmark even warburg did not anticipate. Cancer cell. 2012 Mar 20;21(3):297-308.

4-      Chocarro-Calvo A, García-Martínez JM, Ardila-González S, De la Vieja A, García-Jiménez C. Glucose-induced β-catenin acetylation enhances Wnt signaling in cancer. Molecular cell. 2013 Feb 7;49(3):474-86.

5-      Mantel C, Broxmeyer HE. SIRT1, stem cells, aging, and stem cell aging. Current opinion in hematology. 2008 Jul;15(4):326.

6-      Jin Shin K, Jin Lee Y, Ryoul Yang Y, Park S, Suh P-G, Yung Follo M, et al. Molecular mechanisms underlying psychological stress and cancer. Current pharmaceutical design. 2016;22(16):2389-402.

7-      Karavanaki K, Tsoka E, Liacopoulou M, Karayianni C, Petrou V, Pippidou E, et al. Psychological stress as a factor potentially contributing to the pathogenesis of Type 1 diabetes mellitus. Journal of endocrinological investigation. 2008;31(5):406-15.

8-      Cohen S, Janicki-Deverts D, Miller GE. Psychological stress and disease. Jama. 2007;298(14):1685-7.

 



[1] endothelial NOS



منبع: گروه بيوشيمي دانشکده پزشکي