به گزارش ثریا - فناوری Lab-on-a-Disk یا به طور اختصار LOAD یکی از زیرشاخه‌های مهم فناوری‌های ریزسیال‌شناسی (microfluidics) محسوب می‌شود که هدف آن، انجام آزمایش‌های پزشکی و زیستی در یک دیسک کوچک و قابل‌حمل شبیه به CD یا DVD است. این فناوری با بهره‌گیری از نیروی گریز از مرکز (centrifugal force) امکان انجام چندین مرحله‌ آزمایشگاهی مانند جداسازی، شناسایی، تشخیص و آنالیز نمونه‌ها (مثلاً خون، ادرار، بزاق) را تنها با استفاده از یک دیسک فراهم می‌کند.

سرعت بالا در انجام تست‌ها در حد چند دقیقه، بی‌نیازی به تجهیزات بزرگ آزمایشگاهی، هزینه پایین و مناسب برای مناطق کم‌برخوردار، قابلیت حمل آسان، انجام هم‌زمان چندین آزمایش روی یک نمونه از مزایای فناوری Lab-on-a-Disk به شمار می‌رود.

از این پلتفرم می‌توان برای تشخیص سریع بیماری‌ها از جمله COVID-۱۹، سرطان، عفونت‌ها و  غیره، پایش سلامت در مناطق روستایی یا بدون آزمایشگاه، تست‌های فوری پزشکی در آمبولانس یا میدان جنگ و همچنین تحقیقات دارویی و بالینی بهره برد.

با وجود مزایای زیاد، چالش‌هایی مانند کالیبراسیون دقیق، تولید انبوه ارزان و پذیرش توسط پزشکان و سازمان‌های بهداشتی وجود دارد. با این حال، شرکت‌های نوآور در حوزه سلامت دیجیتال در حال توسعه نسل جدید این دستگاه‌ها با استفاده از هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء هستند.

در ایران نیز یکی از شرکت‌های فناور اقدام به توسعه این پلتفرم کرده و در گام نخست از فناوری Lab-on-a-Disk برای تشخیص سرطان پروستات توسعه داده است.

سرطان پروستات، دومین علت شایع مرگ ناشی از سرطان مردان در جهان است. در کشور ایران، شیوع سرطان‌های وابسته به هورمون در ۱۰ سال اخیر رو به افزایش بوده که سرطان پروستات نیز شایع‌ترین آن‌ها است. تشخیص زودهنگام سرطان یکی از مؤثرترین راه­‌های کاهش میزان مرگ و میر و خسارات ناشی از آن است. بدین جهت، امروزه آزمایش‌­های غربالگری در دنیای پزشکی اهمیت فراوانی یافته‌ است. در حال حاضر، آنتی‌­ژن اختصاصی پروستات پر مصرف­‌ترین نشانگر زیستی برای سرطان پروستات است که معمولاً سنجش آن با روش­‌های ایمنی‌سنجی مثل الایزا انجام می‌شود. انجام این آزمایش‌ها، به دلیل نیاز به حضور کاربر متخصص و لزوم در دسترس بودن تجهیزات آزمایشگاهی خاص، معمولاً در مناطق کمتر برخوردار و روستایی، به‌­سختی در دسترس است. علاوه بر این، با انجام آزمایش‌ها توسط کاربر، هرچند که فردی ماهر باشد، همواره امکان خطا و یا ایجاد آلودگی در نمونه­‌ها و معرف‌­ها وجود دارد.

با حضور این ابهامات و چالش­‌ها، یک تقاضای فوری برای یک پلتفرم خودکار، قابل حمل و در دسترس برای سنجش نشانگرهای زیستی جهت تشخیص انواع بیماری­‌ها وجود دارد.

در پروژه این تیم تحقیقاتی در شرکت فناور، با ارائه یک سیستم میکروفلوئیدیک گریز از مرکز، سنجش کمی آنتی‌ژن اختصاصی پروستات در سرم انسانی با روش الایزای ساندویچی به‌صورت خودکار انجام می‌­شود. این سیستم از دو بخش تشکیل می­‌شود؛ یکی دیسک میکروفلوئیدیک (دیسکی به قطر حدود ۱۵ سانتی‌­متر متشکل از یک شبکه میکروفلوئیدیکی برای حرکت و کنترل جریان معرف‌­ها و مایعات مورد نیاز برای انجام آزمایش الایزا) و دیگری دستگاه دیسک‌­پلیر (دستگاهی کوچک، سبک و قابل حمل که توانایی اعمال پروتکل چرخشی دلخواه را فراهم می­‌کند).

برای انجام آزمایش، تنها کافی است تا حجم مشخصی از نمونه به دیسک میکروفلوئیدیک تزریق شود و پس از آن دیسک در دستگاه دیسک­پلیر قرار گرفته و با اجرای پروتکل چرخشی طراحی شده، فرایند سنجش نشانگر مورد نظر به‌­صورت خودکار انجام شود. انتظار می­‌رود که این دستگاه موجب تسهیل فرایند سنجش آنتی‌­ژن اختصاصی پروستات و متعاقباً غربالگری سرطان پروستات در کشور شود.

دکتر عباس رامیار، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی نوشیروان بابل و رئیس هیات مدیره یک شرکت فناور در گفت‌وگو با ایسنا، اظهار کرد: ما در این شرکت در زمینه فناوری جدیدی به نام Lab On a  Dick یا آزمایشگاه روی دیسک فعال شدیم. این محصول به این صورت عمل می‌کند که کل پروسه‌ای که در آزمایشگاه تشخیص طبی انجام می‌شود، بر روی نمونه انسانی، بر روی دیسک پیاده‌سازی شده است.

وی با بیان اینکه این روش در دنیا در یکی دو کشور کاربردی شده است، اظهار کرد: این در حالی است که در ایران این فناوری توسعه داده نشده است و ما بر روی تجاری‌سازی یکی از نمونه‌های این دستگاه فعال شدیم. 

عباس رامیار درباره نخستین سامانه تشخیص سرطان پروستات که تیم او در حال توسعه آن هستند، گفت: این سامانه تا پایان سال جاری به مرحله نهایی خواهد رسید و وارد بازار می‌شود.

وی در ادامه درباره مکانیسم عملکرد این سامانه، توضیح داد: پلتفرم ما بر پایه فناوری Lab-on-a-Disk طراحی شده و شامل دیسکی است که دارای میکروکانال‌ها (microchannels) و مخزن‌های متعدد است. یکی از این مخازن برای ورود نمونه خون و دیگری برای آنتی‌بادی‌های مورد استفاده در فرآیند تشخیص در نظر گرفته شده است.

رامیار افزود: تمام محلول‌هایی که در مراحل مختلف باید توسط اپراتور به سامانه اضافه شوند، از پیش در مخازن جداگانه روی دیسک بارگذاری شده‌اند.

به گفته وی، این سامانه همچنین شامل یک "دیسک پلیر" اختصاصی است که حرکت سیالات درون دیسک را کنترل می‌کند.

رامیار گفت: الگوی چرخش دیسک به‌گونه‌ای طراحی شده که با افزایش یا کاهش سرعت چرخش، سیال از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل می‌شود. این فرآیند به صورت مرحله‌ای ادامه می‌یابد؛ به‌گونه‌ای که ابتدا خون به پلاسما تفکیک می‌شود و سپس محلول‌های تشخیصی به ترتیب آزاد شده و در مسیر واکنش قرار می‌گیرند.

وی تأکید کرد: در این سامانه، بخش نهایی شامل واحد خوانش (Reader) نیز طراحی شده است که نتایج نهایی را تحلیل و گزارش می‌کند.

رامیار در ادامه درباره قابلیت‌های این فناوری، گفت: این روش امکان تشخیص انواع سرطان‌ها از طریق نمونه خون را فراهم می‌کند و همچنین قابلیت انجام آزمایش‌های مولکولی نظیر PCR را نیز دارد.

عضو هیات علمی دانشگاه نوشیروانی بابل افزود: در حال حاضر تشخیص سرطان پروستات، آزمایش PCR و HPV با استفاده از این پلتفرم امکان‌پذیر است. فاز اولیه کار روی ویروس HIV نیز آغاز شده و در صورت توسعه بیشتر، این فناوری می‌تواند به ابزاری عمومی برای تشخیص طیف وسیعی از سرطان‌ها و بیماری‌های عفونی تبدیل شود.

وی با اشاره به ساختار این سامانه، گفت: پایه این فناوری بر ریزتراشه‌ها (microchips) و سامانه دیسکی استوار است. ما تمام حرکات سیال را به صورت دقیق روی این دیسک برنامه‌ریزی کرده‌ایم تا فرآیند آزمایش به‌صورت خودکار و مرحله‌به‌مرحله انجام شود.

رامیار در مقایسه با نمونه‌های دیگر، خاطرنشان کرد: در برخی از سیستم‌های مشابه که مبتنی بر چیپ هستند، از مدارهای الکترونیکی برای هدایت سیالات استفاده می‌شود؛ اما در نمونه ما هیچ مدار الکترونیکی طراحی نشده و تمام فرآیند با کنترل مکانیکی و طراحی دقیق مسیرهای سیال انجام می‌شود.

این محقق با اشاره به تاریخچه این فناوری در سطح جهانی، گفت: نخستین نمونه‌های این فناوری حدود ۲۰ سال پیش در کشور آلمان ساخته و تجاری‌سازی شدند. با این حال، این حوزه همچنان نو و تخصصی محسوب می‌شود و تنها تعداد محدودی از کشورها وارد توسعه آن شده‌اند.

رامیار درباره موانع موجود در مسیر تجاری‌سازی این فناوری،اظهار کرد: مهم‌ترین چالش ما در مسیر عرضه این پلتفرم به بازار، دریافت مجوزهای رسمی از سازمان‌های مربوطه است. این نوع تجهیزات پزشکی باید استانداردهای سختگیرانه‌ای را رعایت کنند؛ به‌ویژه در مورد فناوری‌هایی که نمونه مشابه خارجی محدودی دارند.

عضو هیات مدیره این شرکت خاطر نشان کرد: اگر نمونه‌های خارجی رایج‌تری از این محصول وجود داشت، فرآیند اخذ مجوزها آسان‌تر بود. اما به دلیل نوآوری و کم‌سابقه بودن این فناوری، روند تأییدیه‌های قانونی دشوارتر و زمان‌برتر شده است.

منبع : ازمایشگاه مینیاتوری