توسعه یک سیستم مبتنی بر هیدروژل برای تولید داروها و مواد شیمیایی

به گزارش ایسنا و به نقل از تک اکسپلوریست، برنامه‌های زیست فرایند چه به صورت تکی و چه به صورت چند سلولی به فناوری‌های تخمیر تعلیق در مقیاس عظیم که برای تولید بر حسب تقاضا مناسب و قابل استفاده مجدد نیستند، وابسته هستند.

حال یک گروه از پژوهشگران دانشگاه واشنگتن با همکاری پژوهشگران "دانشگاه تگزاس" موفق به توسعه یک سیستم هیدروژل برای تولید دارو و مواد شیمیایی شده‌اند و آنها را با استفاده از "آزمایشگاه‌های زیستی"(biofactories) قابل حمل محافظت کرده‌اند. این روش می‌تواند به افراد ساکن دهکده‌های دور افتاده یا ماموران نظامی که در شهرهای دورافتاده ماموریت دارند و در آنجا به پزشک و یا دارو دسترسی ندارد کمک بسیار مهمی کند.

"الشکیم نلسون"(Alshakim Nelson) استادیار دانشکده شیمی دانشگاه واشنگتن گفت: ما انتظار داریم که این پیشرفت‌ها به ایجاد فناوری‌های جدید برای تولید تقاضامحور مولکول‌های کوچک و پپتیدها در آینده منجر شود. این فناوری می‌تواند به ویژه در مناطق دور افتاده که دسترسی به منابع محدود است و برخی شرایط مانند مأموریت‌های فضایی سرنشین‌دار یا شخصی سازی داروها مورد استفاده قرار گیرد.

این ساختار جدید با در نظر گرفتن قابلیت انتقال و تولید پیشرفته، آزمایشگاه‌های زیستی میکروبی را در داربست جامد هیدروژل تعبیه می‌کند. این نخستین ساختار مبتنی بر هیدروژل است که میکروب‌ها و کنسرسیوم‌های(consortia) مجزا را برای تولید در آن واحد از مواد اولیه با ارزش بالا مواد شیمیایی که برای روش‌هایی همچون سوخت و تولید دارو مورد استفاده قرار می‌گیرد، سازمان دهی می‌کند. توسط این ساختار این مواد را می‌توان به جای چند روز طی دو یا سه ساعت تولید کرد.

سیستم هیدروژل بهترین ظرفیت تخمیر حتی پس از خشک‌کردن انجمادی را دارا است. در حین آزمایش، نتیجه خشک‌کردن انجمادی تا حدودی شبیه به مومیایی کردن است یعنی به گونه‌ای است که منقبض می‌شود اما به خوبی از آن محافظت می‌شود. در گام بعدی دانشمندان به منظور احیای سیستم به آن آب و شکر و برخی مواد مغذی را افزودند و پس از آن سلول‌ها توانستند تولید را به همان میزان مؤثر قبل از فرآیند حفاظت ادامه داده و از سر بگیرند. خشک‌کردن انجمادی ( Freeze-drying) به‌طور خلاصه فرایندی است که در طی آن ماده‌ای را منجمد می‌کنند و سپس با کاهش فشار سامانه، آب منجمد درون ماده مورد نظر را به‌طور مستقیم به بخار تبدیل می‌کنند(تصعید). از این فرایند برای افزایش مدت نگه‌داری مواد غذایی و دارویی و هم‌چنین آسان کردن حمل و نقل آن‌ها بهره می‌برند.

همچنین این سیستم هیدروژلی می‌تواند چندین ارگانیسم مختلف که کنسرسیوم(consortia) نام دارند را به گونه‌ای با یکدیگر ترکیب کند که از بیو راکتورهای سنتی در مقیاس بزرگ نیز بهتر عمل کند. به عنوان مثال، اگر یک دسته از آنزیم‌ها در کنترل باکتری "ای کلی"(E. coli) به بهترین وجه عمل کند و دیگری در جوانه زدن مخمر بهتر عمل می‌کند، دو ارگانیسم می‌توانند با هم عمل کنند تا با کارآیی بیشتری محصول را تولید کنند. علاوه بر این سیستم مذکور می‌تواند بطور موثری چند کار را انجام دهد، نخست اینکه می‌تواند انواع مختلفی از سلول‌ها را زمانیکه در حال رشد هستند از یکدیگر جدا کند و دیگر اینکه می‌تواند جلوی سلولی را که ممکن است باقی سلول‌ها را تحت کنترل خود در آورده وسپس آنها را تخریب کند، بگیرد.

یافته‌های این مطالعه در مجله "Nature Communications" منتشر شد.