خلاصه اختراع

ریزتراشه میکروسياليِ جداساز و تفکیک کننده سلول های سرطانی از خون برای شمارش و مشاهده اندازه سلول های سرطانی برای کمک به تشخیص زود هنگام سرطان طراحی و ساخته شده است. تجزیه و تحلیل اجزای خون یک گام تشخیصی مهم و کلیدی در تشخیص سرطان ها می باشد، شناسایی و جدا سازی سلول های سرطانی در حال گردش سبب تشخیص زود هنگام و بهبود مدیریت در کنترل سرطان های مختلف می باشد و هچنین این روش برای ارزیابی برگشتن تومور نیز قابل استفاده است. این اختراع متشکل از دو بخش می باشد. بخش اول میکرومیکسری برای اختلاط کامل خون با ماده ای بنام بافر (WBC Lysis Buffer) به منظور از بین بردن حجم بالای گلبول های سفید و قرمز و بخش دوم میکروفیلتراسیونی برای به دام انداختن سلول ها سرطانی زنده توسط میکروستون های تعبیه شده در میکروکانال با کمک گرفتن از کاهش فاصله بین ستون ها و ارتفاع میکروکانال طراحی شده است. از ویژگی های این ریزتراشه میتوان به حساسیت بالا، قابلیت حمل راحت، قیمت ارزان، پاسخ سریع و بدون نشانه گذاری اشاره کرد. این ریزتراشه براي سرطان های ریه، سینه، کبد، خون، روده، تخمدان، رحم، گوارش و پروستات قابل استفاده است.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع مرتبط با حوزه کیت های میکروسيالي برای علوم آزمایشگاهی تشخیص سرطان می باشد که می تواند سرطان های مختلف را از خون در حال گردش بدن (خون محیطی) تشخیص دهد. موضوع این اختراع بین رشته ای بوده و در مراحل طراحی، ساخت و تست مرتبط با حوزه مهندسی پزشکی (بیومکانیک) و مهندسی مکانیک می باشد. این اختراع در نهایت یک محصول برای صنعت آزمایشگاهی و پزشکی بوده و برای تشخیص های زود هنگام سرطان های مختلف قابل استفاده می باشد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

از جمله مشکلات حال حاضر حوزه تشخیص سرطان، در وهله اول تشخیص ندادن سرطان در مراحل اولیه آن بوده است. در حال حاضر، به اذعان پزشکان آنکولوژیست (خون و سرطان بالغین) هر نوع تومور یا سرطانی در هر مکان از بدن تشکیل شود یکسری سلول های بافتی سرطانی وارد جریان خون محیطی بدن می شوند. در جامعه پزشکی ایران برای تشخیص سرطان های مختلف باید مقدار 10 به توان 12 عدد سلول بافتی سرطانی وارد جریان خون محیطی بدن شده تا پزشکان با استفاده از روند نمونه گیری های موجود بتوانند وجود سرطان در بدن افراد مبتلا را تشخیص دهند. وجود این مقدار تعداد سلول های بافتی سرطانی در جریان خون باعث می شود میزان زنده ماندن افراد مبتلا به سرطان های بد خیم کاهش یافته و روند درمان، اثر بخشی کمتری داشته باشد. در وهله دوم روند نمونه گیری دردناک و سخت برای تشخیص سرطان در ایران می باشد، که روند نمونه گیری فوق برای فعالیت های تشخیصی سرطان باید از نمونه های خونی مغز استخوان استفاده شود و در روند انجام نمونه گیری نباید از دارو بی حسی استفاده شود که این عمل نمونه گیری را بسیار دردناک و سخت می سازد. در وهله سوم تا بحال در ایران روند نمونه گیری برای تشخیص سرطان از خون محیطی بدن به علت عدم وجود تکنولوژی امکان پذیر نبوده و فقط تست تشخیص سرطان از خون محیطی در کشور آمریکا انجام می شود که با روش مذکور این اختراع متفاوت است. بنابه مشکلات بیان شده در حوزه تشخیص زود هنگام سرطان، این اختراع دارای دو هدف اساسی برای رفع مشکلات ذکر شده می باشد. اول تسهیل و سرعت بخشیدن به تشخیص زود هنگام سرطان از خون محیطی بدن می باشد و دوم کمک به روند درمان و تحت کنترل نگهداشتن سرطان های مختلف می باشد. با توجه به مشکلات ذکر شد در این حوزه این ریز تراشه (میکروچیپ) با استفاده از دانش و تکنولوژی روز دنیا توانایی تشخیص سرطان از خون محیطی بدن در مراحل اولیه را دارا می باشد، این اختراع سبب شده میزان تشخیص سرطان از تعداد 10 به توان 12 عدد سلول بافتی سرطانی در کل خون محیطی به 10000 عدد سلول بافتی سرطانی کاهش یابد که این امر سبب شده است تا تشخیص در مراحل اولیه رشد تومور صورت گیرد. در نهایت برای بحث تسهیل روند درمان سرطان ها این ریزتراشه میتواند بعلت جداسازی زنده سلول های بافتی سرطانی از خون، زمینه ی انجام مطالعات و تحقیقات دارویی برای کنترل و کمک به روند درمان را فراهم می کند

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

برای تشخیص و درمان انواع مختلف سرطان ها، یافته های مربوط به جداسازی سلول های سرطانی از خون و تجزیه و تحلیل آنها می تواند از راه های مهم و مفید باشد. سلول های توموری شامل نوعی از سلول های سرطانی هستند که در خون محیطی وجود دارند و در رگ های خونی بصورت پراکنده حرکت می کنند. با توجه به اطلاعات فوق براحتی با تفکیک خون محیطی بدن میتوان جزئیات انواع مختلف سرطان را بدست آورد و بر اساس این اطلاعات ابتدا وجود سرطان را تشخیص داده و سپس مرحله رشد سرطان را مشخص نمود. با توجه به اینکه هر نوع توموری در هر مکان بدن تشکیل شود یک سری سلول های بافتی سرطانی وارد گردش خون می شود بر این اساس تمام سرطان ها را میتوان با روش نمونه گیری و تجزیه و تحلیل اجزای خون، وجود سرطان در بدن بیمار را تشخیص داد. در این میان مشکل اساسی وجود دارد و آن وجود حجم بسیار بالای گلبول های قرمز و سفید می باشد، که در هر میکرولیتر خون برای زنان 6/3 تا ۵/۵ میلیون، در خون مردان ۴٫۱ تا ۶ میلیون گلبول قرمز و ۴۵۰۰ الی 10 هزار گلبول سفید وجود دارد. بدلیل تشخیص زود هنگام حجم سلول های سرطانی در گردش بسیار پایین می باشد که تفکیک سلول های بافتی سرطانی در میان سیل عظیم گلبول های قرمز و سفید برای نمونه های آزمایشی که در حجم بالای بیش از یک سی سی انجام می شود بسیار سخت و عملا تا کنون غیر ممکن بوده است. بر این اساس به سیستمی نیاز است که بتوانیم تمام اجزای اصلی خون که متشکل از گلبول های سفید و قرمز می باشد، از سلول های بیگانه یا همان سلول های بافتی سرطانی جدا نمود. بدلیل اینکه اندازه سلول های سرطانی در حال گردش در محدوده اندازه گلبول های سفید و قرمز می باشد، روند تفکیک و جداسازی بسیار سخت م باشد. اندازه گلبول های سفید و قرمز به ترتیب در محدوده 12 تا 14 و 6 تا 8 میکرومتر می باشد در حالی که با توجه به نوع سرطان اندازه سلول های سرطانی در حال گردش در محدوده 7 تا 30 میکرومتر می باشد، به همین دلیل تجزیه و تحلیل خون بر اساس اندازه گلبول ها و سلول های بیگانه دشوار می باشد. با توجه به مشکلات فوق در این اختراع عملکرد ریز تراشه (میکروچیپ) ساخته شده بر اساس دو مرحله می باشد، مرحله نخست اختلاط (1) و مرحله دوم بخش جداسازی و تفکیک (2) سلول های سرطانی با توجه به سایز آنها از خون می باشد. برای ساخت این ریزتراشه میکروسیالی روش استاندارد فوتولیتوگرافی مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، با توجه به محدودیت های ساخت که اندازه فیلتراسیون مسطح کمتر از 10 میکرون است، ارتفاع کانال را برای جداسازی سلول ها کاهش داده شده است. بنابراين، قالب سازي با پنج مرحله نزولي (40، 20، 15، 10 و 5 ميكرومتر) ساخته شده است. در مرحله اول میکسری ساخته شده است که اختلاط با راندمان بالاتر از 99% انجام می پذیرد، در این مرحله در مرحله اول خون با بافری بنام WBC Lysis Buffer برای لایز کردن تمام گلوبول های سفید و قرمز ترکیب شود، لایز کردن به معنای از بین بردن گلبول ها می باشد. این ماده فقط گلبول های سفید و قرمز را همزمان لایز کرده و هیچ آسیبی به سلول های سرطانی داخل خون نمی رساند. در مرحله دوم نمونه خون ترکیب شده با بافر به مرحله میکروفیلتراسیون وارد می شود تا مرحله تفکیک و جداسازی سلول های سرطانی بر اساس سایز انجام پذیرد، در این مرحله هیچ گلبول سفید و قرمزی وجود نداشته و فقط سلول های سرطانی در حال پردش یا همان سلول های بافتی سرطانی وارد می شود. سلول های سرطانی توسط فیلتر های طراحی شده در داخل ریزتراشه با توجه به سایز های مختلف در 5 مرحله جدا سازی و تفکیک می شود. این کار بصورت آزمایشگاهی در آزمایشگاه سلول های بنیادی صورت پذیرفته است، در روند تست ریزتراشه از سلول های سرطانی مطالعاتی ریه و کبد و همچنین چندین نمونه خون واقعی حاوی سلول های سرطانی روده و سینه استفاده شده است. به واسطه تست های واقعی، ریزتراشه طراحی شده در چندین فاز جهت تشخیص سرطان تست شده است تا از عملکرد این ریزتراشه در فاز آزمایشگاهی اطمینان حاصل شود.