استفاده از بیوراکتور در پزشکی فضایی(2)
بیوراكتور
زندگى سلول ها مانند حیات در یك شهر، وابسته به نوع ارتباطات و مجاورت با یكدیگر است و از این طریق كنترل مى شود. پیدایش بیماری هایى نظیر سوء تغذیه در ماهیچه ها، پیدایش تخلخل در استخوان ها، كورى تدریجى، گسترش سلول هاى سرطان ساز در بدن حاصل از ارتباطات نادرستى است كه ممكن است سلول ها با هم داشته باشند. بنابراین مطالعه بدن در شرایطى كه تحت تاثیر جاذبه قرار دارد،امكان بررسى رشد سلول ها و مشاركتشان با یكدیگر در محیط كم جاذبه را مقدور نمى سازد. حال این كه بیوراكتور، نوعى همكارى بین سلول ها را در محیط كم جاذبه ایجاد مىن ماید به گونها ى كه سلول ها در یك محیط چرخان بسته رشد مى كنند.
بیوراكتور سامانها ى است كه به منظور تحقیق و بررسى فعالیت هاى بیولوژیكى و زیستى سلول ها در محیط كم جاذبه ساخته شدها ست. این سامانه داراى محفظها ى است كه در آن سلول ها همراه با فرایندهاى شیمیایى اعمالى مانند فعالیت هاى زیست-شیمى مورد بررسى قرار مى گیرند. این فرایندها شامل واكنش هاى هوازى و غیرهوازى است.
شكل اصلى یك بیوراكتور استوانها ى و یا جعبه مانند است و معمولا از جنس فولاد ضد زنگ ساخته مى شود. از این وسیله براى رشد سلول ها و بافت ها استفاده مى شود و به طور گسترده در مهندسى ژنتیك كاربرددارد. طراحى و ساخت بیوراكتور دارای پیچیدگى هاى خاص مهندسى است.
در این وسیله میكرو ارگانیزم ها و سلول ها در یك شرایط بهینه قادر به عملكرد مطلوب 100 درصد خواهند بود. در واقع این سامانه با ایجاد زمینها ى مناسب براى رشد سلول ها و بافت ها در محیطى مشابه با فضا، راهكارهایى به منظوركاهش رشد سلولى را در حالت غیرطبیعى ارائه مى دهد. در شكل( 1) و ( 2) به ترتیب بیوراكتور و محفظه چرخنده نشان داده شده است.
زیرسامانه هاى تشكیل دهنده بیوراكتور
در قلب اصلى این دستگاه كیسها ی پلاستیكى در ابعاد یك قوطى نگه دارنده غذا است كه در درون دیواره خود رگ ها را جاى مى دهد و مى چرخاند. یك فیلتر سیلندرى شكل در مركز چرخنده قرار گرفته و باعث ورود اكسیژن و خروج دى اكسید كربن مى شود.
بیوراكتور متشكل از ماژول الكترونیكى، ماژول تولید گاز و ماژول محفظه رشد سلول ها و سیستم هاى محاظتى، حسگرها و شبكه سامانه كنترل 3 است. مواد غذایى و اكسیژن از محل كشت میكروب عبور مى نماید. محفظه با سرعت چرخشى نیم دور در دقیقه مى چرخد. براى جدایش ضایعات بوجودآمده، از صافى استفاده مى شود كه با سرعت 11 دور بر دقیقه مى چرخد. این عمل به طور مرتب تكرار مى شود و مواد غذایى تازه به همراه اكسیژن جایگزین مواد زائد مى شوند.
و زمانی كه كیسه انبار مواد زائد پر شد، فضانوردان آن را خارج نموده و كیسه جدیدى را جایگزین مى نمایند. دریچه ها و تلمبه هاى تزریق به نوعى قرار گرفته اند كه امكان حركت اجزاء و حتى رویت بخش ها مقدور نیست. رایانه هاى كنترل گر آزمایشى، این وسیله را تحت نظر قرار داده و شرایط موجود در محفظه ها را گزارش مى دهند. نقص و یا خرابى با به صدا درآمدن زنگى اعلام مى شود. اطلاعات از طریق صفحه نمایشگر نصب شده روى دستگاه ارائه مى شود. نمایش نمودارهاى گرافیكى كه حاوى اطلاعات مفیدى است، كار با دستگاه را بسیار آسان كرده است.
شكل ( 3 الف)، بیوراكتور و صفحه نمایشگر، شكل( 3ب) بیوراكتور و محفظه هاى رشد سلولى را نشان می دهند.
رشد سلول ها توسط حفاظ و بدنه هاى شفاف موجود در دستگاه قابل رویت است. در مركز این نگهدارنده، فیلترهایى وجود دارد كه مواد مغزى و اكسیژن وارد آن شده و دىا كسیدكربن و مواد زائد از آن خارج مى شوند. چرخش بیوراكتور و سپس چرخیدن خون در این وسیله، باعث به وجود آمدن نیروهاى برشى نمى شود. نیروى برشى به نوعى منجر به انهدام سلول ها خواهد شد. به عبارتى با چرخیدن دیواره، جاذبه به طور كامل از بین نمى رود و در واقع نوعى شبیه سازى از سقوط آزاد سلول ها است، همان تجربها ى كه فضانوردان در فضا و محیط كم جاذبه احساس مى كنند.
نرخ چرخش 14 دور بر دقیقه كه سرعت بسیار پایینى است، زمینه معلق ماندن سلول ها را در مدت سقوط آزاد ایجاد مى كند. سلول هاى بدن در مدار زمین و یا در هرمحیط كم جاذبه، به سمت زمین و یا نیروى گرانش جسمى كه در مدار آن قرار گرفته اند، كشیده شده و سقوط مى كنند. با استفاده از بیوراكتورها، سیستم ایمنى بدن را از كنترل هورمون ها خارج نموده و تاثیرات جاذبه كم در سلول هاى ایمنى بررسى مى شوند. در شكل ( 4) تعلیق سلول ها در جاذبه زمین و جاذبه كم به خوبى نمایش داده شده است.
از كنترل كننده هاى دمایى به منظور تامین دمای مورد نیاز محفظه سلولى و دیگر ابزارهاى دستگاه استفاده مى شود. این كنترل كننده ها قادرند تا زمانى كه سلول ها در بیوراكتورها مى چرخند آن ها را از لحاظ دمایى تحت كنترل قرار دهند. این بخش از بیوراكتور شامل چهارحفره تبرید ساز است كه مى تواند دمایى در حدود 4- تا 50 - درجه سانتى گراد ( دمایى نزدیك به انجماد سلول هاى بدن) را تعبیه نماید. هر حفره خود داراى سه بخش است. درون هر بخش كیسه های شفافی از جنس تفلون وجود دارد كه نگهدارنده 30 میلى متر مواد از جمله سلول ها است.
هر 7 تا 21 روز بسته به نرخ رشد سلول ها، فضانوردان با استفاده از سرنگ مقدارى سلول را درون محفظه جابجا نموده و آن ها را به سمت محفظها ى با مواد تازه منتقل می كنند. سپس یك ماده تثبیت كننده را درون این محفظه هاى سلولى تزریق نموده تا سلول ها را درشرایط مناسبت تر و حتى بعد از اتمام عملیات پروازى در روى زمین بررسى سلول ها نیز در زیر (zn) خون و روی pH ، كنند. مقدار گلوگز و میكروسكوپ اندازه گیرى می شوند. شرایط محیط در برگیرنده بیوراكتور مانند نرخ جریان گاز (هوا، اكسیژن، نیتروژن و دىا كسیدكربن)، دما، سرعت چرخش دورانى محفظه و بسیارى موارد دیگر باید به دقت كنترل و بازبینى شوند.
ادامه دارد...
تهبه کننده: محسن مرادی
