سنتز و مشخصه‌یابی نانو ذرات اسکیزوفیلان توسط فرایند امولسیون معکوس با استفاده از مواد زیست‌پایه
در سال‌های اخیر استفاده از مواد زیست‌پایه با قابلیت زیست‌تخریب‌پذیری بالا به عنوان حامل‌های دارویی بسیار مورد توجه واقع شده است. دکتر عباس شجاع‌الساداتی -عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تربیت‌مدرس- یکی از چهره‌های علمی برتر کشورمان است که اخیراً مقاله ارزشمندی در حوزه سنتز نانوحامل اسکیزوفیلان منتشر نموده‌اند. در همین راستا گفت‌وگویی با ایشان ترتیب دادیم که نظر شما را به آن جلب می‌کنیم.
۱- باعرض سلام و خسته نباشید خدمت شما استاد گرامی، لطفاً خودتان را معرفی کنید و شرح مختصری از زمینه کاری، مرتبه علمی و سایر مسئولیت‌های خود بفرمایید.
بنده سال ۱۳۶۷ از دانشگاه Birmingham فارغ‌التحصیل شده‌ام. در آن زمان موضوع بیوتکنولوژی و کاربردهای آن در خارج از کشور و در آن دانشگاه بسیار پر اهمیت بود و بر همین اساس بنده به آن رشته و گرایش ورود کردم و در نهایت با مدرک دکتری مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی، فارغ‌التحصیل شدم.
همین علاقه، دقت و کنجکاوی بنده در خصوص ورود به این رشته، مشکلاتی را در اوایل کار ایجاد نمود. وقتی که به ایران برگشتم با توجه به سال‌های ابتدایی انقلاب و هم‌چنین وقوع جنگ، دانشگاه‌ها به خصوص دانشگاه تربیت‌مدرس به شکل فعلی نبودند و کارهای تحقیقاتی جدی صورت نمی‌گرفت. بنده هم در یک رشته نوظهور فارغ‌التحصیل شده بودم و مطلقاً کسی شناختی به این موضوع نداشت. حتی به جرأت می‌توانم بگویم هنوز کسی نمی‌دانست که معنای واژه بیوتکنولوژی چیست!
در اوایل شرایط به گونه‌ای بود که چون در رشته مهندسی شیمی-بیوتکنولوژی فارغ‌التحصیل شده بودم و در واقع این رشته معنا و مفهومی نداشت، در دانشکده پزشکی رشته بیوشیمی حدود یک سال و نیم مشغول به فعالیت شدم. بنده کاملاً متوجه بودم که رشته بیوشیمی با وجود اینکه یکی از پایه‌های اساسی بیوتکنولوژی هست ولی با رشته تحصیلی بنده تفاوت‌های بسیاری دارد. در نهایت در اوایل دهه ۷۰، پس از چندین سال تلاش و تحمل رنج و سختی، با اختیارات قانونی که داشتیم، برای اولین بار در کشور اقدام به پذیرش دانشجو در این رشته در دانشگاه تربیت‌مدرس نمودیم. پس از گذشت سال‌ها و به لطف خدا، بیوتکنولوژی در تمامی رشته‌ها اعم از پزشکی، کشاورزی و سایر رشته‌ها ورود کرده است؛ به طوری که امروزه یکی از مزایای کشور بحث بیوتکنولوژی است که حدود ۱۵ هزار متخصص در این زمینه داریم و در سطح جهانی نیز از جایگاه چهاردهم برخوردار هستیم.
اما در مورد حوزه فعالیت بنده به صورت تخصصی، می‌توانم بگویم که حوزه فعالیتم حدود ۱۵ سال است که در زمینه فرایندهای تخمیری و تولید پروتئین‌های نوترکیب و توسعه فرایندهای آن‌ها می‌باشد. هم‌چنین چندین سال است که در حوزه نانوبیوتکنولوژی ورود کرده‌ام که تمرکز اصلی در حوزه دارورسانی و تکیه بر سنتز حامل‌های دارویی می‌باشد.
۲- اخیراً مقاله علمی در خصوص تولید نانوذرات اسکیزوفیلان از مواد زیست‌پایه توسط شما و همکارانتان منتشر گردیده است، لطفاً در خصوص ضرورت و هدف از انجام این کار بیان کنید.
مقاله‌ای که هم‌اکنون مشاهده می‌کنید، یکی از مقالات حوزه نانوبیوتکنولوژی است که در کشور از صفر شروع کردیم. حامل‌های دارویی جهت دارو رسانی هدفمند به صورت جدی مطرح است و یکی از نکات مهم آن، جنس حامل‌ها می‌باشد که دارو به این حامل تحویل می‌شود. پس از هدفمندسازی اگر تأیید شود، دارو به اندام یا سلول‌های مورد نظر تحویل داده می‌شود. این حامل‌ها می‌توانند زیستی یا غیر زیستی باشند. برای مثال موادی هم‌چون نانوتیوب‌های کربنی، فلز آلی، سرامیک، سیلیکا و … می‌توانند استفاده شوند که به دلیل سمیت برای بدن مورد پسند نیستند. به همین دلیل ما تمایل داریم که حامل‌ها و نانوحامل‌هایی را توسعه دهیم که جنس آن‌ها طبیعی، زیست‌تخریب‌پذیر و غیرسمی باشند.
حدود چندین سال است که بنده به همراه سایر محققین همکار بر روی پلی‌ساکارید طبیعی به نام اسکیزوفیلان تحقیقاتی انجام داده‌ایم که می‌تواند به عنوان یک نانوحامل طبیعی عمل کند.
۳- در داخل متن مقاله ذکر شده است که این کار برای اولین بار صورت گرفته است، این ایده چگونه به وجود آمده است؟ چه فعالیت‌هایی در این زمینه در داخل و خارج از کشور انجام شده است؟
با تحقیقات صورت گرفته، متوجه شدیم که از این ماده در درمان سرطان استفاده می‌شود و حتی در کشور ژاپن به عنوان یک محصول نهایی استفاده می‌شود. هم‌چنین در پوشش مواد غذایی به عنوان آنتی‌باکتریال نیز استفاده می‌شود. ولی با تحقیقات گشترده‌تر متوجه شدیم که به صورت جدی فعالیت‌هایی بر روی این ماده صورت نگرفته است که ممکن است به دلایل مختلفی هم‌چون در دسترس نبودن و فرایند دشوار سنتز، باشد. ما در داخل آزمایشگاه این ماده را تولید می‌کنیم و حتی پروژه‌هایی در خصوص بهینه‌سازی فرایند تولید آن تعریف نموده‌ایم. در نهایت کاربرد دارو رسانی این ماده را بررسی می‌کنیم.
۴- لطفاً در خصوص کاربرد اسکیزوفیلان و تئوری فرایند امولسیون معکوس به صورت مختصر توضیح دهید.
ماده اسکیزوفیلان از یک نوع قارچ رشته‌ای به نام اسکیزوفیلوم کامون تولید می‌شود که این ماده به دلیل ویژگی‌های خاص، کاربردهای متعددی دارد. برای مثال تا دمای ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد و هم‌چنین در غلظت بالای نمک پایدار است. به همین دلیل در حوزه نفت جهت ازدیاد برداشت استفاده می‌شود. در کشور آلمان به طور صنعتی در حوزه نفت کاربرد دارد. این ماده در درمان سرطان استفاده می‌شود و حتی در کشور ژاپن به عنوان یک محصول نهایی استفاده می‌شود. هم‌چنین در پوشش مواد غذایی به عنوان آنتی‌باکتریال نیز استفاده می‌شود.
در ایران ما برای اولین بار کاربرد این پلی‌ساکارید خوراکی را در حوزه پزشکی در شاخه‌های مختلف مانند ایجاد پانسمان و تولید نانوژل بررسی نموده‌ایم. در این مقاله توسط فرایند خاص امولسیون معکوس، نانوژل اسکیزوفیلان تولید شده است و به صورت ثبت اختراع و یک مقاله علمی بین‌المللی منتشر شده است. هم‌چنین قصد داریم که این کار را در مقیاس‌های بزرگ‌تر ادامه دهیم. در حال حاضر مشغول بارگذاری داروهای مختلف بر روی آن و تعیین مشخصات مختلف و رهایش دارو می‌باشیم تا در آینده‌‌ای نزدیک آن را به عنوان نانوحامل جدید معرفی کنیم.
در فرایندهای امولسیون و امولسیون معکوس از یک سورفکتانت که دارای خاصیت آب‌دوستی و آب‌گریزی هستند، استفاده می‌شوند. هنگامی که آن‌ها را در یک محیط آبی قرار می‌دهیم تمام سرهای آب‌دوست دور هم جمع شده و سمت دیگر که آب‌گریز است در قسمت درونی قرار می‌گیرد. اگر در این محلول آبی یک ماده آلی یا چربی داشته باشیم، داخل هسته آب‌گریز قرار می‌گیرند. پس از ایجاد و تشکیل ماده داخل قسمت آب‌گریز، مایسل تشکیل شده تخریب می‌شود و می‌توانیم محصول را استخراج کنیم که جزئیات این فرایند داخل مقاله موجود می‌باشد. این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می‌باشد و ماده نانوژل مورد نظر به طور سالم استخراج می‌شود.
۵- لطفاً روش انجام آزمایشات و آنالیزهای مربوطه را به صورت مختصر بیان کنید.
تعدادی از روش‌ها و آنالیزها در حوزه نانوفناوری مشترک است. یکی از روش‌های ساده DLS است که بسیار ارزان بوده و با پراکنش نور پویا اندازه ذرات و توزیع ذرات را برای ما مشخص می‌کند. برای آنالیزهای دقیق‌تر به سراغ آنالیز SEM برای تعیین مورفولوژی سطح و TEM می‌رویم که تماماً جزو آنالیزهای رایج می‌باشند. از سایر روش‌ها برای بررسی ساختار ماده استفاده می‌شوند. برای مثال FTIR گروه‌های عاملی را مشخص می‌نماید و آنالیز HPLC نیز برای تشخیص مونومرها و مواد دارویی بارگذاری شده استفاده شده است. سایر روش‌ها مانند UF، اسپکتروفوتومتر و … نیز در فرایند تخمیر و تولید استفاده شده‌اند.
هنگامی که نانوحامل با دارو و یا بدون دارو تولید می‌شود، یکی از بحث‌های اصلی آن پایداری است. اگر شرایط ذرات مساعد نباشد، این ذرات می‌توانند به هم بچسبند و غیرقابل استفاده شوند. همانطور که ذکر گردید این مورد با آنالیز DLS قابل شناسایی است. یکی از مباحث مهم دیگر بررسی میزان سازگاری زیستی با بدن انسان است. برای همین دلیل آزمایش MTT انجام می‌شود و در آن میزان سمیت ماده مورد نظر برای سلول‌های بدن مشخص می‌شود.
پس از انجام تمامی آنالیزهای مذکور، مهم‌ترین بخش تست‌های in vivo یا درون‌تنی است که باید بر روی موش، خرگوش و یا هر حیوان دیگر صورت گیرد. در داخل کشور این بخش بسیار دشوار است و ساز و کار مشخصی برای آن تعریف نشده است.
۶- مواد زیست‌پایه مورد استفاده در این پژوهش جایگزین کدام مواد شیمیایی می‌باشند و دلیل استفاده از این مواد چیست؟ آیا راندمان و مشخصات اسکیزوفیلان تولید با استفاده از این مواد چه تغییری کرده است؟
سنتز نانوحامل‌های شیمیایی که ذکر گردید بسیار ساده‌تر از انواع زیستی می‌باشند و در فرایند تولید آن‌ها، راندمان و تمامی شرایط مشخص است. ولیکن در مباحث زیستی دشواری‌هایی مانند به هم ریختن ساختار مولکولی وجود دارد، ولی با بهینه‌سازی و انجام آزمایشات مختلف می‌توان به نقطه مطلوب رسید که با تلاش و همت توانستیم به این موفقیت برسیم.
۷- موانع و مشکلاتی که در این پروژه با آن مواجه بودید را بیان کنید.
همانطور که عرض کردم، یکی از موانع مهم در این زمینه از فعالیت‌ها، نبودن ساز و کار مشخص جهت انجام تست‌های in vivo است. تاکنون تحقیقات بسیار کاربردی و مهمی توسط ما در داخل و خارج از کشور صورت گرفته است و تا پایان مرحله in vitro (برون‌تنی) کاملاً موفقیت‌آمیز بوده‌اند ولی در مرحله درون‌تنی به مشکل برخوردیم. برای مثال در سال‌های گذشته تحقیقی در خصوص سنتز نانوکامپوزیت نشاسته/ نقره/ نانوذرات مغناطیس انجام دادیم. این ماده با هدف درمان زخم پا در افراد دیابتی طراحی شده بود تا باکتری‌های روی سطح زخم را از بین ببرد و آنتی‌بیوتیک بتواند بر روی آن اثر کند. مراحل آزمایشگاهی آن در دانمارک انجام شد و ۱۰۰ درصد موفقیت‌آمیز بود. پس از بازگشت به ایران ما حدود ۹ ماه تلاش کردیم تا توسط افراد و آزمایشگاه‌های دیگر تست‌های درون‌تنی انجام شود ولی متأسفانه موفق نشدیم.
به صورت کلی، عمده مشکل در زمینه بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی، همین مورد است که قطعاً با همت دانشمندان عزیز کشورمان برطرف خواهد شد.
۸- لطفاً نام سازمان و یا نهادهایی که پروژه شما را حمایت کرده‌اند بیان کنید.
حامی اصلی ما در این پروژه دانشگاه تربیت‌مدرس بوده است که بابت امکانات و بودجه‌ای که در اختیار ما قرار داد، تشکر میکنم. هم‌چنین از ستاد نانوفناوری به خاطر حمایت مالی صورت گرفته، قدردانی میکنم. در نهایت از وزارت علوم که فرصت مطالعاتی ۶ ماهه را در اختیار ما قرار داد، تشکر و قدردانی میکنم.
۹- به نظر شما تحقیق صورت گرفته تا چه حد مورد توجه صنایع مرتبط قرار می‌گیرد؟ نهادهای دولتی و سیاست‌گذار چه نقشی در حمایت از این پروژه می‌تواند داشته باشند؟
هنگامی که محقق از یک ایده به موفقیت‌های بزرگی دست میابد، تک تک مراحل تکامل طرح را باید طی نماید. ما در این پروژه ایده و فاز آزمایشگاهی در حالت برون‌تنی را به خوبی پشت سر گذاشتیم. ما می‌توانیم پس از انجام آزمایشات درون‌تنی وارد فاز نیمه‌صنعتی شویم. مشکلات این مرحله نیز بسیار زیاد خواهد بود، زیرا این صنعت مرتبط با پزشکی می‌باشد و اخذ مجوزهای آن بسیار دشوار می‌باشد. ولی در هر صورت، مشوق‌های لازم از لحاظ بودجه و امکانات ضعیف است و در صورت وجود، انحصاری است و اگر بخواهند حمایت کنند، محقق سهم چندانی نخواهد داشت که همین عامل دل‌سرد کننده می‌باشد. راه حل این موضوع افزایش سهم محقق و خارج نمودن این نهادهای سرمایه‌گذار از حالت انحصاری می‌باشد.
۱۰- ضمن تشکر و قدردانی از وقتی که به ما اختصاص دادید، اگر صحبتی برای خوانندگان دارید بفرمایید.
در نهایت تقدیر و تشکر میکنم از مجموعه زیست‌فن که بسیار پرتلاش است و تمامی کارهای علمی و صنعتی را در حوزه زیست‌فناوری به خوبی رصد می‌کند و خدمت خوبی را به جامعه علمی کشور ارائه می‌دهد.
آرزو دارم که تمامی استعدادهای شما جوان‌های پرتوان و پرانرژی در همین کشور شکوفا شود. مسئولین ما باید این مسئله را درک کنند که هرچه سرمایه‌گذاری بر روی کارهای علمی شود، ماندگار خواهد بود و قطعا آینده خوبی را رقم می‌زند.
دولت در این شرایط بحران اقتصادی باید بسیار بیشتر از قبل به دانشگاه‌ها و علم و فناوری کمک نماید. زیرا اگر حرکت علمی موجود ضعیف شود و رتبه ایران در جهان پایین بیاید، در واقع تحقیقات داخلی متوقف شده‌اند و شروع دوباره آن‌ها بسیار زمان‌بر و پرهزینه می‌باشند و در اصل یک عقب‌ماندگی تاریخی رخ می‌دهد. بنابراین به جای تخصیص ارز ۴۲۰۰ تومانی به موبایل، بهتر است محققین بیش از پیش حمایت شوند. زیرا اگر موبایل نباشد، هیچ اتفاق خاصی نخواهد افتاد ولی اگر محقق از دست برود، علاوه بر از دست دادن نیروهای با استعداد و سرمایه‌های مملکت، سازماندهی و بازگشت به حالت قبل تقریباً غیرممکن خواهد بود.
در نهایت باید بگویم که در شرایط فعلی حمایت چندین برابری از محقق، تنها توصیه بنده با بیش از ۳۰ سال سابقه علمی می‌باشد.
☑ مصاحبه کننده: جواد طغیانی
