مصاحبه با دکتر مجتبی تقی‌پور
با شروع بیماری کرونا بحث تشخیص و غربالگری بیش از پیش اهمیت پیدا کرده‌است. در حال حاضر روش تشخیص قابل اعتماد این بیماری، روش real-time PCR است که در محیط استاندارد آزمایشگاهی، نمونۀ ویروس بیمار با یک سری مواد شیمیایی مخلوط می‌شود و فرآیند شکافت زیر هود انجام می‌شود تا نمونۀ خالص ویروس گرفته شود. سپس نمونه در دستگاه PCR تکثیر و مشخص می‌شود که RNA هدف‌گذاری‌شده در این نمونه موجود هست یا خیر.
برای راه‌اندازی دستگاه PCR معمولاً به ۹۶ نمونه نیاز است که سبب زمان‌برشدن فرآیند تشخیص می‌شود؛ به‌خصوص در شهرستان‌های کوچک که ممکن است به حد نصاب رسیدن تعداد نمونه‌ها چند روز طول بکشد، این موضوع مهم‌تر است و در این مدت فرد مشکوک به ابتلا باید در قرنطینه باشد، در صورتی‌که شاید در نهایت مشخص شود او مبتلا به بیماری نبوده است!
همان‌طور که در جریان هستید زمینۀ کاری من مربوط به سیستم‌های MEMS و تراشه‌های میکروفلوئیدی است، پس ما تصمیم گرفتیم تا برای تسریع فرآیند تشخیص، تراشه‌ای را بسازیم که تمام فعالیت‌های آزمایشگاه را انجام دهد. متاأسفانه به دلیل مشکلاتی نتوانستیم در آن زمان اثرگذار باشیم اما تصمیم گرفتیم که در هر صورت روی این موضوع کار کنیم؛ در همان ترم پروژۀ درس Lab on a Chip را طراحی چنین تراشه‌ای تعریف کردیم و با اینکه کلاس‌ها مجازی بود، اما دانشجویان اطلاعات خیلی خوبی جمع‌آوری کردند و گزارش‌های کاملی ارائه کردند. در ادامه، پروپوزالی به «طرح شهید احمدی‌روشن» بنیاد نخبگان ارائه کردیم و پس از تصویب طرح، تیمی از دانشجویان دانشگاه‌های مختلف تشکیل شد که پایان‌نام ارشد تعدادی از آنها را نیز روی همین پروژه تعریف کردیم.
در نهایت این تیم موفق به ساخت تراشه‌ای شد که توانست تأییدیه‌های بالینی را بگیرد و نتایج حاصل از آن بالای ۹۰ درصد با نتایج حاصل از تست‌های آزمایشگاهی که با دستگاه‌های PCR معمولی انجام می‌شد، مطابقت داشت. خوشبختانه در حال حاضر وارد فاز تجاری‌سازی این محصول شده‌ایم و در آینده‌ای نزدیک می‌توانیم این محصول را وارد بازار کنیم.
مصاحبه با مهندس علیرضا بیات
پروژۀ تست PCR روی تراشه چطور شروع شد؟
این پروژه در سال ۱۳۹۸ در قالب طرح احمدی‌روشن که استاد راهبر آن دکتر تقی‌پور بودند، شروع شد و در اسفندماه همان سال با شیوع بیماری کرونا، اهمیت پروژه برای همه شناخته شد. در همان زمان اقدامات مربوط به طراحی و ساخت تراشه، کارهای مطالعاتی پروژه و تشکیل تیم آغاز شد. در تابستان ۱۴۰۰ ساخت نسخۀ آزمایشگاهی دستگاه، تراشه و زیرسامانه‌های آن به پایان رسید و اقدامات مربوط به تست‌های زیستی و کنترل کیفیت آن شروع شد و در نهایت نتایج آزمایشگاهی دستگاه و تراشه بیش از 90 درصد با نتایج حاصل از تست‌های آزمایشگاهی مطابقت داشت.
لطفاً درباره تست PCR توضیح دهید.
تست PCR مخفف Polymerase Chain Reaction است. در این روش، تکثیر رشته‌های DNA با استفاده از پرایمرهای موجود، به تشخیص ویروس منجر می‌شود. برای تکثیر رشته‌های DNA در این تست به حدود ۴۰ سیکل دمایی نیاز است که باید بین دو دمای ۹۵ و ۶۰ درجه تکرار شوند و ایجاد این سیکل حرارتی مهارت یک مهندس مکانیک است.
در دستگاه PCR معمولی از انتقال حرارت به روش همرفتی استفاده می‌شود و حدود دو ساعت زمان برای انجام سیکل‌های دمایی نیاز است، اما در تست PCR روی تراشه از انتقال حرارت رسانشی استفاده می‌شود که به مراتب سریع‌تر است.
در چه بخش‌هایی از ساخت تراشه به مهارت‌ها و دانش مهندسی مکانیک نیاز است؟
طراحی بخش مربوط به سیکل‌های حرارتی تخصص یک مهندس مکانیک تبدیل انرژی و طراحی و ساخت تراشه در حیط مهارت‌های یک مهندس مکانیک متخصص در حوزۀ ریزسیالات است. علاوه بر این‌ها برای طراحی زیرسامانۀ اپتومکانیکی به مهندس مکانیک در شاخۀ طراحی کاربردی و در بحث کنترل دمایی به مهندس کنترل نیاز است. ما برای پیشبرد بهتر پروژه، زیرساخت‌های طراحی و ساخت این تراشه‌ها را در آزمایشگاه خودمان ایجاد کردیم که به روش باندینگ حرارتی و با استفاده از لیزر و دستگاه CNC ساخته می‌شوند، بنابراین از مهارت‌های مهندس ساخت و تولید نیز استفاده می‌شود.
این تراشه در مقایسه با نمونه‌های موجود چه قابلیت‌های دیگری دارد؟
همان‌طور که می‌دانید تشخیص نوع بیماری نقش بزرگی در جلوگیری از شیوع و تعیین روش درمان آن بیماری دارد. این تراشه قابلیت تشخیص چندگانه را داراست و می‌تواند علاوه بر تشخیص مبتلابودن فرد به بیماری، نوع ویروس را هم تشخیص دهد؛ به‌عنوان مثال برای ویروس کرونا، انواع ویروس شامل آلفا، بتا، اومیکرون و ... هستند.
قابلیت دیگری که قصد اضافه‌کردن آن را به تراشه داریم، استخراج DNA از نمونۀ بیمار روی تراشه است. با این کار نیاز به نیروی انسانی و تجهیزات آزمایشگاهی کاهش می‌یابد و از بحث‌هایی مثل آلودگی یا ازبین‌رفتن نمونه در محیط آزمایشگاه جلوگیری می‌شود. همچنین در این صورت می‌توانیم از این تراشه برای تشخیص بیماری در بالین بیمار (Point of care) استفاده کنیم که در واقع یکی از مزیت‌های عمده و اهداف اصلی از طراحی و توسعه این نوع تراشه‌ها است.
لطفاً درباره چالش‌هایی که در مسیر پیشبرد پروژه با آنها مواجه شدید، صحبت کنید.
بزرگ‌ترین چالشی که با آن مواجه شدیم، چالش نیروی انسانی قوی و باتجربه است؛ مثلاً پیداکردن مهندس طراح یا مهندس کنترل که تجربۀ کاری مرتبط داشته باشد، بسیار دشوار است.
مدیریت بودجۀ پروژه با توجه به نوسانات شدید نرخ ارز، تأمین مواد اولیه و پروسۀ زمان‌بر واردکردن برخی قطعات دستگاه هم از دیگر چالش‌هایی بودند که با آنها مواجه شدیم.
به‌علاوه در تأسیس شرکت‌های دانش‌‌بنیان بیشتر از بحث‌های فنی، بحث‌های مربوط به مالیات، حسابداری، بازاریابی و چالش‌های مدیریتی و حقوقی از بزرگ‌ترین موانع برای این شرکت‌هاست. همچنین رقبایی هستند که از واردکردن دستگاه از خارج سود می‌برند و در بحث مجوز به شرکت‌های دانش‌‌بنیان سخت می‌گیرند. مراحل ثبت، اجاره و تجهیز شرکت هم بسیار زمان‌بر و مشکل است.
برای گسترش پروژه چه برنامه‌ای دارید؟
تجهیزات پزشکی جدیدی که برای تشخیص بیماری‌ها استفاده می‌شوند با هدف قابل حمل بودن، طراحی و ساخته می‌شوند تا روند تشخیص بیماری تسریع و ساده‌تر شود.
روش تشخیص PCR مخصوص بیماری خاصی نیست و قبل از شیوع بیماری کرونا هم به‌عنوان یک روش تشخیص مولکولی برای ویروس‌ها به کار می‌رفته است. پس می‌توانیم در آینده از آن برای تشخیص انواع ویروس‌ها از جمله ویروس‌های تنفسی استفاده کنیم. در واقع مانند آپدیت‌کردن یک نرم‌افزار می‌توانیم با تغییر ویروس مورد نظر برای شناسایی، کاربری این تراشه را نیز تغییر دهیم.
