ايران ، پنجمينكشور سازنده راكتورهاي زيستي در جهان
با نگاهي به وضعيت فرآوردهها و محصولات به دست آمده از فناوريهاي زيستي در سطح جهان، متوجه خواهيم شد بيوتكنولوژي ابعاد وسيعي از زندگي را تحت تاثير قرار داده و در مقايسه با ديگر رشتههاي علمي و فناوريهاي نوين از عملكرد مناسبتري برخوردار بوده است.
براساس پيشبينيها، رشد جمعيت با سرعت قابل توجهي ادامه دارد و برآورد ميشود تا 20 سال آينده، جمعيت دنيا به بيش از 8 ميليارد نفر برسد. با توجه به افزايش تعداد ساكنان اين كره خاكي بايد به دنبال راهي براي تامين نيازهاي آنها باشيم.
بررسي مقايسهاي رشتههاي مختلف علوم زيستي نشان ميدهد بيوتكنولوژي يا زيستفناوري ميتواند تامين امنيت زندگي انسانها از نظر مواد غذايي، فرآوردههاي دارويي و... را تضمين كند.
امروزه پيشرفتهاي به دست آمده در زمينه بيوتكنولوژي صنعتي و طراحي و ساخت رآكتورهاي زيستي و همچنين بهرهگيري از ميكروارگانيسم هاي مناسب به توليد فرآوردههايي بسيار مهم و استراتژيك منجر شده است كه ميتواند پاسخگوي نياز انسانها در زمينههاي مختلف مانند تامين مواد غذايي، بهداشت و همچنين حفاظت از محيط زيست باشد.
محيطي مجازي براي واكنشهاي طبيعي
به طور كلي رآكتور يا واكنشگاهها ابزاري مجازي براي انجام واكنشهاي شيميايي هستند كه براساس يك واكنش شيميايي تعريفشده، مواد و تركيبات اوليه را به محصول نهايي تبديل ميكنند. معادله واكنش تعريفشده در اين سيستم تعيينكننده چگونگي تبديل مواد واكنشدهنده به محصول نهايي است و در نظر گرفتن شرايط جانبي براي انجام واكنش ميتواند تضمينكننده توليد مولكولهايي باشد كه تنها در شرايط آزمايشگاهي و براساس قوانين در نظر گرفتهشده براي تركيب مواد، توليد آنها امكانپذير خواهد بود.
بيورآكتورها يا رآكتورهاي زيستي نيز دستگاهها يا سيستمهايي هستند كه ميتوانند محيطي را كه از نظر بيولوژيكي فعال است در شرايط آزمايشگاهي به وجود آورند. به عبارت ديگر ميتوان گفت بيورآكتور مخزني است شامل موجودات زنده ميكروسكوپي يا مواد شيميايي فعال مشتقشده از اين موجودات كه در آن مجموعهاي از واكنشهاي شيميايي انجام ميشود. اين واكنشها در شرايط بيهوازي يا هوازي قابل انجام شدن هستند.
معمولا بيورآكتورهاي شيميايي، استوانهاي چرا شكل هستند كه حجم آنها از چند ليتر تا چند مترمكعب متغير است. از بيورآكتورها ميتوان به عنوان سيستمهايي براي رشد سلول يا بافت در شرايط آزمايشگاهي استفاده كرد كه از كاربردهاي آن در زمينه مهندسي بافت است.
موجودات زنده ميكروسكوپي يا ميكروارگانيسمهايي كه در بيورآكتورها رشد ميكنند، ميتوانند در اين مجموعه معلق يا ساكن باشند. طراحي بيورآكتورها مستلزم انجام بررسيهايي است كه بتواند عملكرد آنها را از نظر فني تضمين كند. در شرايط بهينه، ميكروارگانيسمها ميتوانند با بازده 100درصد اعمال حياتي خود را انجام دهند. به همين دليل لازم است شرايط دروني رآكتور مانند سرعت حركت گازها، دما، ميزان اسيديته و سطح اكسيژن محلول و همچنين سرعت حركت ميكروارگانيسمها در اين مجموعه به دقت تحت كنترل قرار گيرد بنابراين معمولا براي طراحي و ساخت بيورآكتورها، مجموعهاي از مخازن، حسگرها و سيستمهاي نظارتي به عنوان شبكهاي به هم پيوسته در نظر گرفته ميشود.
رسوب مواد در بيورآكتورها مانع از عملكرد دقيق دستگاه شده و بازده عملكرد آن را كاهش ميدهد. به همين علت شستشو و رسوبزدايي مخازن حائز اهميت خواهد بود. ميزان رشد سلولها در محيط كشت فراهم شده در مخزن بيورآكتورها نيز از طريق غلظت مواد غذايي محدودكننده رشد سلولي كنترل ميشود.
بيورآكتورها اغلب به عنوان واكنشگاههاي زيستي شناخته ميشوند كه در آنها فرآيندهاي شيميايي مرتبط با ارگانيسمها و يا تركيبات موجود زنده در شرايط بهينه و از پيش تعيينشده انجام شده و يا مواد بيوشيميايي فعال به دست آمده از ارگانيسمها در آن نگهداري ميشوند.
مهمترين و بيشترين كاربرد بيورآكتورها در زمينه بيوتكنولوژي و زيستفناوري است. امروزه گستردگي و تنوع كاربرد علم بيوتكنولوژي سبب شده در تعريف و توصيف آن با مجموعهاي متنوع از كاربردهاي اين شاخه علمي در زندگي روزمره مواجه شويم.
بسياري از محققان، بيوتكنولوژي را به عنوان ميكروبيولوژي صنعتي و كاربرد ميكروارگانيسمها در عرصه فناوري مطرح ميكنند، در حالي كه گروهي ديگر بر اين باورند كه بيوتكنولوژي، دربردارنده مفاهيم جديدي از مهندسي ژنتيك است.
زمينهاي مناسب براي توليد علم
به گفته دكتر قاسم عمرعابديني، رئيس پارك علم و فناوري دانشگاه تهران و مجري اين طرح تحقيقاتي، پژوهشگران كشور موفق شدهاند به دانش فني طراحي و ساخت ميلي بيورآكتورها دست يابند و با توليد آن، نام كشور ايران را به عنوان پنجمين كشور دنيا در دانش بيورآكتور به ثبت برسانند.
با توجه به گسترش كاربرد فناوري نانو و بيوتكنولوژي، امكان همافزايي فناوريها در مقياسهاي بسيار كوچك ميتواند فرصت جديدي براي محققان مهندسي علوم زيستي در حوزه بيوتكنولوژي به وجود آورد تا با استفاده از آن بتوانند به فناوريهاي جديدي در اين زمينه دست يابند.
به طور كلي توليد علم در سطح جهان به 2 بعد نرمافزاري و سختافزاري وابسته است كه حوزه بيوتكنولوژي با دستيابي به فناوريهاي جديد در حوزه علوم زيستي نيز از اين قاعده مستثنا نخواهد بود.
در زمينه بيوتكنولوژي پژوهشهاي زيادي در بخش نرمافزاري انجام شده كه از آن جمله ميتوان به ساخت داروهاي نوتركيب اشاره كرد، اما متاسفانه تاكنون به علت محدوديتهاي موجود در زمينه فني و تخصصي در بخش سختافزاري كه به ساخت تجهيزات و امكانات آزمايشگاهي مربوط ميشود تلاشهاي زيادي انجام نشده بود و دانش تخصصي آن تنها در انحصار 4 كشور دنيا بود.
با توجه به تحريمهاي در نظر گرفته شده عليه كشور، به نظر ميرسد عدم دسترسي به اين امكانات مشكل بسيار بزرگي در زمينه توليد علم در بخش سختافزاري زيستفناوري است كه موفقيت محققان در دستيابي به دانش فني ساخت بيورآكتور ميتواند نقش مهمي در از ميان برداشتن موانع و مشكلات ايجادشده در اين زمينه داشته باشد.
بيورآكتورها از مهمترين تجهيزات آزمايشگاهي در حوزه زيستفناوري هستند كه به دليل كاراييهاي بسيار زيادي كه دارند ، در كشورهاي توسعهيافته در زمينههاي از جمله انجام تحقيقات در حوزه بيوتكنولوژي مورد استفاده قرار ميگيرند.
با توجه به اين موضوع و همچنين نياز كشور به اين فناوري، به نظر ميرسد ساخت بيورآكتورها بدون نياز به كشورهاي ديگر نقش مهمي در گسترش تحقيقات و توسعه در اين زمينه دارد.
علاوه بر اين با دستيابي به دانش فني توليد دستگاه ميلي بيورآكتور كشور ما نيز توانسته است در زمره 5 كشور دارنده اين فناوري قرار گيرد. يكي از مهمترين مزاياي ساخت اين بيورآكتورها در كشور همگرايي حسگرهاي مورد استفاده و كاهش 80 درصدي هزينههاي تحقيق و توسعه است كه در آيندهاي نهچندان دور با بهرهبرداري از اين فناوري تحقق خواهد يافت.
كاربرد اين سيستم در زمينه توليد آنزيمها، توليد دارو، مهندسي بافت و مهندسي كشت، زمينه مناسبي را براي استفاده از آن در مراكز پژوهشي و تحقيقاتي كشور به وجود ميآورد و نقش مهمي در توليد علم در حوزه بيوتكنولوژي خواهد داشت.
رآكتورهايي براي ترميم تارهاي صوتي
نتايج تحقيقات انجامشده از سوي محققان حاكي است كه به كمك بيورآكتورها يا رآكتورهاي زيستي ميتوان مجموعهاي از تحقيقات در زمينه توسعه مواد زيستي هوشمند را نيز مورد بررسي قرار داد كه بر مبناي تقليد از ساختارهاي مولكولي، پاسخدهي مكانيكي و سازماندهي مواد طبيعي در بدن در مقياس نانو عمل ميكنند.
اين مواد زيستي جديد كه با علايم زيستفيزيكي و عوامل زيستي تركيب شدهاند، براي ترميم اساسي بافت به كار ميروند. ايجاد يك بافت عامل براي ترميم تارهاي صوتي به كمك تركيبي از سلولهاي بافت پيوندي تارهاي صوتي، محيط مصنوعي خارج سلولي و علايم زيستي و تحريكات مكانيكي كه ميتواند از ويژگيهاي زيستي و مكانيكي اعضا و اندامهاي طبيعي بدن برخوردار باشد، نمونهاي از تحقيقات انجام شده در اين زمينه است كه گروهي از محققان دانشگاهي ايالات متحده آمريكا به عهده داشتهاند.
از آنجا كه براي رشد يك بافت لازم است سلولهايي از محيط فيزيكي و زيستي شبيه به بافتهاي طبيعي بدن وجود داشته باشند، براي شبيهسازي اين فرآيند در شرايط آزمايشگاهي از رآكتورهاي زيستي استفاده ميشود كه ميتوانند فشارهاي كششي و ارتعاشي معيني را به وجود آورند.
تركيب بافت پيوندي تار صورتي، محيط مصنوعي قابل ارتجاع و فعال خارج سلولي و زيسترآكتور مذكور فرصت جديدي را براي مهندسي بافت تارهاي صوتي ايجاد خواهد كرد.
فرانك فراهاني جم
