معماری

آپتامرها (Aptamers)

یکی از مهم‌ترین عوامل شناسایی یک هدف، استفاده از مولکول شناساگری با اختصاصیت و تمایل بالا می‌باشد. یکی از رایج‌ترین این عوامل آنتی‌بادی‌هایی هستند که در بسیاری از روش‌های تشخیص ایمنی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما محققان در پی دستیابی به مولکول‌های شناساگر دیگر به الیگونوکلئوتیدهایی برخوردند که توانایی اتصال به پروتئین‌های سلــــــولی و ویروس را داشتند (Lee et al. 2008).

در سال ۱۹۹۰ به الیگونوکلئوتیدهای کوچک تک‌رشته‌ای که با تمایل و اختصاصیت بالایی به اهداف مولکول‌های زیستی متصل می‌شدند لفظ آپتامر اطلاق شد (Elington and zostak. 1990). در همین سال روشی اختصاصی به‌عنوان تکامل سیستمی از طریق غنی‌سازی نمایی[۱] (SELEX) برای سنتز آپتامرها از کتابخانه‌های الیگونوکلئــــوتیدی سنتز شده به‌صورت تصادفی، معرفی گردید (Tuerk and Gold. 1990). از آن زمان تاکنون آپتامرهای بیشماری برای انواع مولکول‌های زیستی نظیر اسیدآمینه‌ها، داروها، پروتئین‌ها و دیگر مولکول‌ها معرفی شده است.

پس از معرفی SELEX (سیلکس) در سال ۱۹۹۰، در سال ۲۰۰۱ این روش بهینه‌سازی شده و زمان انجام آن از ۳ هفته به ۳ روز تقلیل پیدا کرد (Sooter et al. 2001). در این روش قدم اول انتخاب کتابخانه‌های الیگونوکلئوتیدی سنتزشده به‌صورت تصادفی است. این کتابخانه شامل ۱۰۱۲ تا ۱۰۱۵ الیگونوکلئوتید به طول ۴۰ تا ۱۰۰ جفت باز می‌باشد که هر یک از دو بخش ثابت در طرفین اولیگونوکلئوتیدها جهت تکثیر از طریق PCR (واکنش‌های زنجیره‌ای پلی‌مراز) و یک بخش در میان این دو با توالی متغیر تصادفی تشکیل شده‌اند (Marshall and Ellington. 2000). در مرحله دوم مولکول‌های هدف تثبیت‌شده در سطح، در معرض این کتابخانه قرار گرفته و سپس با شستشو الیگونوکلئوتیدهای اتصال‌نیافته حذف می‌شوند، سپس مولکول‌های اتصال یافته از سطح جدا و دوباره مرحله دوم ۶ تا ۲۰ بار تکرار می‌شود تا نهایتاً الیگونوکلئوتیدهای اتصال‌یافته به‌صورت اختصاصی بدست آید.

این مولکول‌ها از طریق PCR تکثیر و سپس کلون می‌شوند، پس از آن خالص‌سازی شده و مورد توالی‌یابی قرار می‌گیرند (Stoltenburg. 2007).

 

۱۰-۲ ویژگی‌های آپتامرها:

آپتامرها ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که باعث برتری آن‌ها به مولکول‌های شناساگر دیگر نظیر آنتی‌بادی‌ها می‌گردد. این ویژگی‌ها شامل اندازه بســـــــــــیار کوچک در مقایسه با آنتی‌بادی‌ها (Lee et al. 2006)، پایداری[۲] بالا و برگشت‌پذیر بودن ساختار در برابر انواع تغییرات فیزیکی نظیر فشار، دما، pH، وجود یون‌های فلزی و غیره (Jayasena. 1999)، امکان اتصال به اهداف بسیار متنوع از مولکول‌های یونی نظیر K+ تا سلول‌های سرطانی و حتی میکروارگانیسم‌هایی نظیر ویروس‌ها و باکتری‌ها (Zelada-Guillen et al. 2009)، امکان ایجاد اصلاحات متنوع و افزودن گروه‌های عاملی و شیمیایی متنوع (Sooter et al. 2001)، تثبیت آسان بر سطوح مختلف (Balamurugan et al. 2008)، روش نگه‌داری و حمل و سنتز آسان (Jayasena. 1999)، تمایل اتصال بالا و سرعت تفکیک پایین و اختصاصیت بالا (Carothers et al. 2006) می‌باشد.

 

۱۰-۳ اساس بیوفیزیکی توانایی شناسایی اختصاصی مولکول‌های هدف توسط آپتامر:

اساس بیوفیزیکی توانایی شناسایی اختصاصی مولکول‌های هدف توسط آپتامر ناشی از چند عامل است؛ آپتامرها می‌توانند به‌صورت ساختارهای سه‌بعدی خاصی نظیر رشته حلقه[۳]، سنجاق‌سری[۴]، شبه‌گره[۵]، ساختار چهارتایی پیچیده[۶] و نظایر آن‌ها تا بخورند. یکی از این ساختارها که بسیار موردتوجه و موردمطالعه نیز قرار گرفته ساختار چهارتایی پیچیده است.

 

– ازآنجاکه الیگونوکلئوتیدها در PH فیزیولوژیک قویاً دارای بار منفی هستند، اتصال آن‌ها به بخش‌های مثبت اهداف مولکولی‌شان نظیر پلی‌مرهای اسیدی که دارای بخش‌هایی با بار مثبت هستند، از طریق واکنش الکترواستاتیک می‌تواند صورت گیرد (Hermmann and Potel. 2000).

همچنین ۸۰٪ از انرژی فعال آپتامرها به مولکول‌های هدف را به پیوندهای هیدروژنی نسبت داده‌اند که می‌تواند توجیهی برای اتصال آپتامرها به‌صورت سه‌بعدی به لیگاندهایشان باشد.

 

۱۰-۴ کاربردهای آپتامرها:

ویژگی‌های منحصربه‌فرد ذکرشده برای آپتامرها، آن را برای انواع کاربردها و عملکردها ازجمله تولید و حمل دارو، تشخیص مولکولی انواع مارکرها و تصویرســــــازی بیولوژیکی[۷] مناسب ساخته است (Song et al. 2012), (Tombelli et al. 2005).

در علوم دارویی با توجه به شناسایی اختصاصی مولکول هدف، اندازه کوچک و ایمنی‌زایی اندک آپتامر، می‌توان برای فعال و یا غیرفعال‌سازی پروتئین عامل ایجاد بیماری‌ها و نیز تغییر بیان ژن‌های مسئول و نیز انتقال دارو به محل موردنظر بدون اثرگذاری بر دیگر سلول‌ها بافت‌ها و اندام‌ها، از این مولکول‌ بهره جست. از داروهای آپتامری می‌توان به داروی موکوگن[۸]، آپتامر اختصاصی فاکتور رشد اندوتلیالی عروق[۹] برای درمان بیماری تباهی لکه زرد و IMO 2055 آپتامر اختصاصی TLR-9 برای درمان سرطان اشاره نمود (Song et al. 2012). همچنین آپتامرهایی برای مارکرهای بیماری‌های صعب‌العلاجی چون آلزایمر، سندرم نقض ایمنی اکتسابی (AIDS)، انواع سرطان‌ها و هپاتیت معرفی شده‌اند که می‌توانند به تولید داروهای خاص منجر شوند (Keefe et al. 2010).

یکی از مهم‌ترین کاربردهای آپتامرها به دلیل اندازه کوچک و قابلیت تثبیت بر سطوح مختلف و اختصاصیت و تمایل بالا به هدف و دیگر وجوه متمایزکننده‌شان، به‌کارگیری آن‌ها به‌عنوان مولکول شناساگر زیستی به‌جای آنتی‌بادی‌ها در زیست‌حسگرها[۱۰] می‌باشد. به زیست‌حسگرهایی که مولکول شناساگر زیستی آن‌ها را آپتامرها تشکیل داده‌اند آپتاحسگرها[۱۱] اطلاق می‌شـــــــــــــــــود. (Song et al. 2012)

 

۱۰-۵ بحث و نتیجه‌گیری:

اگرچه بحث فناوری آپتامرها نوظهور بشمار رفته، بااین‌حال گام‌های بلندی در راستای آن در فناوری برداشته شده است؛ اما با نتایج بدست آمده در مورد اختصاصیت و حساسیت و خصوصیات بیوفیزیکی و بیوشیمیایی، آینده روشنی برای تولید داروهایی با پایه آپتامرها و نیز تشخیص و درمان و حتی پیش‌گیری انواع بیماری‌ها متصور است. مهم‌ترین چالش‌ پیش‌ رو عدم وجود آپتامر برای بسیاری از مولکول‌های مهم زیستی است، بنابراین قدم اول در این زمینه توسعه و گسترش بانک اطلاعاتی آپتامرها می‌باشد.

[۱] – Systematic Evolution of ligands – by Exponential enrichment (SELEX)

[۲] – stability

[۳] – Stem-Loop

[۴] – Hairpin

[۵] – Psudo knot

[۶] – quadruplex

[۷] – BioImage

[۸] – Mocugen

[۹] Vascular endothelial Growth factor(VEGF)

[۱۰] – Biosensor

[۱۱] – Aptasensor

پاسخ دهید