طراحی ایمونوسنسور الکتروشیمیایی برای تشخیص سلول های سرطانی +CD133 با استفاده از نانوکامپوزیت سیلیکا-پلاتین
Design of electrochemical immunosensor for detection of CD133+ cancer cells using silica-platinum nanocomposite
مجریان: فرهاد بانی , بلال خلیل زاده
خلاصه روش اجرا: برای تهیه زیست حسگر ایمنی، از روش الکتروشیمیایی برای ارزیابی سلول های سرطانی استفاده خواهد شد. در این زیست حسگر، از الکترود کربن شیشه ای، پلاتین و نقره/نقره کلرید به ترتیب به عنوان الکترود کار، شناساگر و رفرنس استفاده خواهد شد. برای افزایش مساحت سطح فعال و افزایش رسانایی زیست حسگر از سیلیس و نانوذرات پلاتین استفاده خواهد شد. نانوکامپوزیت سیلیس/ نانوذرات پلاتین به روش الکتروشیمیایی بعنوان سنتز سبز، در جا و در یک مرحله استفاده خواهد شد. پس از بهینه سازی مراحل سنتز توسط تکنیک های الکتروشیمیایی، آنتی بادی CD133 روی سطح الکترود اصلاح شده تثبیت خواهد شد. نهایتا، سلول های HT-29 پس از کشت، روی الکترود اصلاح شده نهایی تثبیت خواهد شد و جریان الکتریکی حاصل از اعمال سلول های تثبیت شده، ثبت خواهد شد. پس از بهینه سازی مراحل ساخت زیست حسگر، نمودار کالیبراسیون رسم خواهد شد.
اطلاعات کلی طرح 
| مرحله جاری طرح | خاتمه قرارداد و اجرا |
| کد طرح | 67620 |
| عنوان فارسی طرح | طراحی ایمونوسنسور الکتروشیمیایی برای تشخیص سلول های سرطانی +CD133 با استفاده از نانوکامپوزیت سیلیکا-پلاتین |
| عنوان لاتین طرح | Design of electrochemical immunosensor for detection of CD133+ cancer cells using silica-platinum nanocomposite |
| نوع طرح | طرح - پایان نامه |
| اولویت طرح | فناوریهای همگرا و فناوریهای نوین در غربالگری، تشخیص زودرس، توانبخشی و درمان بیماریها |
| نوع مطالعه | مطالعه برای ساخت دارو یا وسائل |
| تحقیق در نظام سلامت | بلی |
| آیا طرح پایاننامه دانشجویی است؟ | بله |
| مقطع پایان نامه | کارشناسی ارشد |
| مدت اجرا - ماه | 12 |
| نوآوری و ضرورت انجام تحقیق | تکنیک های معمول برای تشخیص سرطان شامل واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR)، ایمونوهیستوشیمی و فلوسیتومتری است. اگرچه این روش ها در تشخیص سرطان موثر هستند، اما گران و زمان بر بوده و حساسیت پایینی دارند. دراین میان حسگرهای الکتروشیمیایی و حسگرهای زیستی به دلیل داشتن ویژگی هایی ازقبیل حساسیت و اختصاصیت بالا ابزار آنالیز قدرتمندی هستند. به کارگیری نانومتریال های پیشرفته در استراتژیهای الکتریکی ساخت ابزارهایی با حساسیت و اختصاصیت بالا و زمان پاسخ دهی کوتاه میسر را می کنند. مهمترین مزیت روش الکتروسنتز این است که نانوذرات مستقیماً، سریع و به سادگی روی سطح الکترود ساخته می شوند و این فرآیند بدون عناصر شیمیایی اضافی پیوندی و با صرف هزینه کم انجام می شود. بنابراین نسبت به روش های شیمیایی رایج آسیب محیط زیستی کمتری دارد (Green synthesis). همچنین نانومواد سنتزشده در محلول نیاز به پایدارکننده دارند درحالی که در روش الکتروسنتز نیاز به آن نداریم.(1) نانوساختار سیلیکا نانومواد زیست سازگاری است که به دلیل داشتن تخلخل ذاتی با افزایش نسبت سطح به حجم موجب افزایش انتقال جرم و بار گونه های الکتروفعال و درنتیجه افزایش رسانایی سطح می شود. نانوذرات پلاتین علاوه بر افزایش رسانایی موجبات اتصال آنتی بادی از طریق اتصال استرپتواویدن و بیوتین را فراهم می کند. (2) با توجه به بررسی های انجام شده، این زیست حسگر اولین زیست حسگر الکتروشیمیایی برپایه سیلیس و نانوذرات پلاتین برای ارزیابی سلول های سرطانی با استفاده از CD133 می باشد. |
| اهداف اختصاصی | 1) الکتروسنتز نانوکامپوزیت سلیکا/پلاتین روی سطح الکترود کربن شیشه ای با کمک تکنیک های الکتروشیمیایی پتانسیواستاتیک سه الکترودی انجام می شود. از الکترود کربن شیشه ای به عنوان الکترود کار، الکترود نقره/ نقره کلرید الکترود مرجع و از الکترود پلاتین به عنوان الکترود کمکی استفاده می شود. در روش پتانسیواستایک با اعمال اختلاف پتانسیل بین الکترود کار و الکترود مرجع، جریان الکتریکی ایجاد شده، بین الکترود کار و الکترود کمکی اندازه گیری می شود. در این مرحله غلظت مشخصی از تترا اورتوسیلیکات(TEOS)و کلروپلاتینیک اسید هگزا هیدراتH2CL6Pt.6H2O وKCL به عنوان پل نمکی به همراه اتانول خالص پس از aging به سل حاوی الکترود های مذکور افزوده می شود سپس با اعمال پتانسیل بهینه در زمان بهینه، نانوکامپوزیت سیلیکا و پلاتین برروی الکترود کربن شیشه ای ترسیب می شوند. خصوصیات الکتروشیمیایی نانوساختار سنتز شده با کمک تکنیک های الکتروشیمیایی از قبیلCV، DPV و EIS در محلول فروسیانید/ فری سیانید تغییرات جریان و مقاومت سطح الکترود اندازه گیری می شود و برای مشخصه یابی آن از ابزارهای تصویر برداری SEM استفاده می شود. -2) اتصال آنتی بادی CD133 به روی نانوکامپوزیت سیلیکا/پلاتین ترسیب شده برروی الکترود کربن شیشه ای در این مرحله پس از اتصال استرپت اویدین به روی نانوکامپوزیت سیلیکا و پلاتین ترسیب شده بروی الکترود آنتی بادی منوکلونال CD133بیوتین دار متصل می شود با کمک تکنیک های الکتروشیمیایی در محلول فروسیانید/ فری سیانید تغییرات جریان و مقاومت سطح الکترود اندازه گیری می شود. -3) کشت سلول های HT-29 سلول های HT-29 (آدنوکارسیونوم روده ای) از بانک سلولی پاستور خریداری خواهدشد. سلول ها در محیط کشت DMEM/HG با 10% fetal bovine serum و 1% پنی سیلین استرپتومایسین کشت داده خواهدشد. سلول ها در مرحله تراکم 80-70 درصد با استفاده از محلول تریپسین 25/0 EDTA پاساژ داده خواهدشد. سلول های HT-29 پس از کشت و تکثیر جهت جداسازی HT-29 CD133 positive از روش MACS استفاده خواهد شد. -4) ارزیابی سلول های سرطانی +CD133 HT-29 با استفاده زیست حسگر طراحی شده سلول های سرطانی با الکترود دارای آنتی بادی علیه +CD133 انکوبه می شوند. سپس رفتار الکتروشیمیایی الکترود در غلظت های مختلف سلولی بررسی شده و نمودارکالیبراسیون تغییر جریان برحسب میکروآمپر در برابر تغییر غلظت ( یا تعداد) سلول در نمونه رسم می شود. |
| چکیده انگلیسی طرح | An electrochemical immunosensor will be developed for evaluation of cancer cell. In this approach, the glassy carbon, silver/silver-chloride (Ag/ AgCl) and platinum electrodes will be applied as working, reference and counter electrodes, respectively. In this study, the mesoporous silica nanoparticles (MSNs) and platinum nanoparticles (PtNPs) will be applied as surface area and electrical conductivity enhancing agents, individually. The interesting part of this project is in situ, one pot and green synthesis route for co-electrodeposition of MSNs/PtNPs nanocomposite on the glassy carbon electrode (GCE). For site specific immobilization of biotinylated monoclonal antibody of CD133, streptavidin-biotin interaction approach will be used. After passing all experimental optimizations on the modified electrode (GCE-MSNPs/PtNPs-Strp-Ab-CD-133), different numbers of the HT-29 cancer cells will be counted and immobilized on the final modified electrode and corresponding electrical currents will be recorded. The calibration curve of cancer cells concentration versus recorded electrical current will be plotted. |
| کلمات کلیدی | زیست حسگر: طبق تعریف اتحادیه بین المللی شیمی کاربردی و اتحادیه بین المللی شیمی محض(IUPAC) حسگر زیستی عبارت است از مجموعه ابزارهایی که با استفاده از واکنش های بیوشیمیایی خاصی، اطلاعات آنالیتیکال کمی و نیمه کمی از یک ترکیب را با استفاده از عناصر شناساگر زیستی از قبیل آنزیم ها، آنتی بادی ها، نوکئیک اسیدها و... که در تماس مستقیم با یک مبدل است، فراهم می کند و معمولا به صورت الکتریکی، گرمایی یا اپتیکی آشکار می کند. زیست حسگر الکتروشیمیایی: زیست حسگرهای الکتروشیمیایی دسته ای از حسگرهای الکتروشیمیایی هستند که عنصر شناساگر آنها زیستی است.گیرنده زیستی روی الکترود مناسب تثبیت می شود و برهمکنش آنالیت ( ماده مورد اندازه گیری) با گیرنده زیستی به تولید علامت الکتریکی (پاسخ آمپرومتری، پتانسیومتری و...) منجر می شود که با غلظت آنالیت متناسب است. CD133: ( پرومینین-1)، گلیکوپروتئین غشای پنج زیر واحدی است که در انسان توسط ژن PROM1 رمزگذاری می شود. به گونه ای است که انتهای N به فضای خارج سلول گسترش می یابد و انتهای C در محفظه داخل سلول قرار می گیرد. این پروتئین از پنج قسمت غشایی تشکیل شده است که بخشهای اول و دوم و بخشهای سوم و چهارم توسط حلقه های داخل سلولی به یکدیگر متصل می شوند در حالیکه بخشهای غشایی دوم و سوم و چهارم و پنجم توسط حلقه های خارج سلولی به هم متصل می شوند به طور خاص در برجستگی های سلولی قرار می گیرد. و یکی از مشخصه های زیستی است که برای جداسازی سلولهای سرطانی به کار رفته است. نانومواد: به طور کلی مواد دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع هستند. اگر حداقل یکی از ابعاد در مقیاس نانو باشد (یک تا صد نانومتر) به آن نانو مواد گفته می شود. نانوکامپوزیت: ترکیبی از چند ماده متمایز است به طوری که اجزای آن به آسانی قابل تشخیص باشد.کامپوزیتی که در مقیاس نانومتر باشد(یک تا صد نانومتر) نانو کامپوزیت گفته می شود که متشکل دو فاز زمینه و تقویت کننده است.زمینه ممکن است از جنس پلیمر، فلز یا سرامیک باشد و فاز تقویت کننده برای افزایش استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی و... به فاز اول افزوده می شود. سنتز سبز: به طور کلی به تکنیک های سنتزی اطلاق می شود که دوستدار محیط زیست هستند و استفاده از حلال های نامطلوب شیمیایی را به حداقل می رساند.روش های الکتروسنتز نانومواد نیز نوعی سنتزسبز است که امکان تولید انواع نانومواد همچون پلیمر و نانوفلزات نجیب را بدون ایجاد پساب های مضرر اکولوژیکی فراهم می کند. Cyclic voltammetry (CV): ولتامتری چرخه ای یکی از انواع روش های اندازه گیری الکتروشیمیایی پتانسیودینامیک است. در این روش پتانسیل الکترود کار به صورت خطی با زمان تغییر می کند سپس بعد از رسیدن به پتانسیل تعیین شده، پتانسیل الکترود کار در جهت عکس تغییر می کند تا به پتانسیل اولیه بازگردد.این چرخه های تغییر پتانسیل می توانند به تعداد دلخواه تکرار می شوند. جریان ایجادشده در الکترود کار برحسب ولتاژ رسم می شود تا نمودار ولتامتری چرخه ای به دست آید. Differential pulse voltammetry (DPV): در روش ولتامتری پالس تفاضلی پتانسیل به صورت پالس هایی با دامنه ثابت برروی یک پتانسیل در انتهای عمر پالس اعمال شده و نمودار حاصل به صورت پیک می باشد. این روش به دلیل حذف جریان زمینه طی عمل تفاضل و پیک شکل بودن نمودار، حد تشخیص پایین و حساسیت بالایی دارد. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS): اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی تکنیک موثری برای مطالعه سرعت انتقال الکترون و انتشار در واکنش های الکتروشیمیایی است. ماهیت امپدانس، مقاومت پیچیده ای است که بخش نیم دایره ای نمودار در فرکانس های بالا به فرایند انتقال الکترون و قسمت خطی در فرکانس های پایین به پدیده انتشار مربوط می شود. |
| ذینفعان نتایج طرح | باتوجه به بدون علامت بودن بیماری در دوران طلایی و قابل مهار بودن بیماری یعنی مراحل اولیه تشکیل تومور و فقدان ابزار های ارزان تشخیصی با اختصاصیت و حساسیت مناسب برای تشخیص زود هنگام نیاز به ساخت و توسعه ابزارهای تشخیصی مناسب برای افراد مستعد با پیش زمینه ارثی وجود دارد. همچنین حمایت از یک چنین ابزارهایی از طرف سیاست گزاران و برنامه ریزان موجب صرفه جویی در هزینه های گزاف برای درمان بیماری در دوران پیشرفته و افزایش موفقیت درمان در مراحل اولیه می شود. |
اطلاعات مجری و همکاران
| نام و نامخانوادگی | سمت در طرح |
|---|---|
| فرهاد بانی | استاد راهنمای اول (آموزشی ) |
| بلال خلیل زاده | استاد راهنما دوم (آموزشی ) |
| رضا رهبرقاضی | همکار اصلی |
| محمدرضا رشیدی شاهگلی | مشاور |
| سودابه داوران | مشاور |
| سولماز سعدی | دانشجوی مالک پایان نامه |
اطلاعات تفضیلی
| حوزه خبر | خبر |
|---|---|
| رسانه ها و مردم | عنوان خبر شناسایی سلولهای بنیادی سرطان توسط حسگر الکتروشیمیایی با استفاده از الکترود اصلاح شده با نانوبیوکامپوزیت سیلیکا- پلاتین /پادتن انجام شد.متن خبر داشتن حسگرسلولی برای تشخیص سلول¬های سرطانی مقاوم در برابر درمان¬های رایج سرطانی در تشخیص و ارزیایی روند درمان مهم می باشد. سلول¬هایی که حکم ریشه¬های تومور را دارند و پس از اتمام درمان دوباره با تکثیر موجب تومورزایی در اندام¬های دیگر بدن می¬شود. تشخیص دقیق و اختصاصی زودهنگام آنها احتمال درمان به موقع و نجات از مرگ و همچنین ردیابی روند درمان هدفمند را میسر می¬کند. حسگر طراحی شده در این مطالعه الکترود اصلاح شده ی بود که با استفاده از بستر متخلخل پلیمر سیلیکا و نانوذرات فلز پلاتین و شناسگر زیستی پادتنی توانست سلول های مقاوم به سرطان روده بزرگ را در کمترین تعداد ممکن تشخیص دهد. این بستر موجب افزایش حساسیت حسگر شد تا قادر به واکنش در برابر حداقل تغییرات سطحی حسگر باشد. شناساگر زیستی سطح الکترود با شناسایی و اتصال اختصاصی به نشانگر پروتئینی روی سطح سلول ، از طریق واکنش الکتروشیمی موجب ایجاد تغییرات جریان الکتریکی روی سطح حسگر الکترودی می شود. این پاسخ الکتریکی با تغییر تعداد سلول¬ها ارتباط مستقیم دارد. به گونه¬ای که اطلاعات حاصل از ثبت جریان منعکس کننده تعداد نادر سلول¬های مذکور است. |
| متخصصان و پژوهشگران | عنوان خبر متن خبر |
| سیاستگذاران درمانی | عنوان خبر متن خبر |
| سیاستگذاران پژوهشی | عنوان خبر متن خبر |
| لینک (URL) مقاله انگلیسی مرتبط منتشر شده 1 |
