یک میکروسکوپ غول آسا برای درمان بیماران

یک جعبه فولادی به اندازه یک تابوت که با آینه‌های ویژه‌ای بسته‌بندی شده اشعه​ ایکس را به پایین و دهانه لوله و روی نقطه‌ای که ده بیلیون بار روشن‌تر از خورشید است متمرکز می‌کند.

کنار این جعبه لوله بخار سرد قرار گرفته است. روی کف بتنی تخته سنگی گرانیتی کار گذاشته شده که بازوی ر​باتی بزرگی را محکم نگهداشته است. این بازو نمونه‌ها را درون مسیر اشعه ایکس قرار می‌دهد.

بنا به گفته دکتر دنی آکسفورد، دانشمند و مدیر پروژه منبع نور دیاموند در بریتانیا، زمانی که دستگاه روشن است نمی‌توان به آن نزدیک شد زیرا ممکن است فرد بر اثر مسمومیت شدید رادیواکتیوی جان خود را از دست بدهد.

دیاموند دارای 23 خط پرتوافشان است که هر یک درون جعبه‌هایی ساخته شده از چند تن سرب قرار گرفته‌اند. اگرچه این شتاب‌دهنده به بررسی ذرات بوزون هیگز می‌پردازد، اما خط پرتوافشان «24I» به کاوش‌های بیولوژیکی اختصاص داده شده است.

دانشمندان با قرار دادن دسته‌ای از مولکول‌ها و سلول‌های زنده درون این دستگاه نقره‌ای رنگ به تولید تصاویر سه‌بعدی از ساختار اتمی مولکول‌ها ـ که در واقع واحدهای اصلی زندگی هستند ـ پرداخته‌اند.

میکروسکوپ غول‌پیکر

نباید دیاموند را با دستگاه‌های معمولی اشعه ایکس بیمارستان‌ها اشتباه گرفت. در بیمارستان‌ها صرفا اشعه‌ای رقیق شده از ایکس به کار گرفته می‌شود که براحتی توسط بافت‌های ضخیم استخوانی مسدود می‌شوند.

دیاموند، نوعی شتاب‌دهنده ذره است که حجم بالایی از اشعه ایکس پرانرژی را شلیک کرده ، همچون میکروسکوپی غول‌پیکر کار می‌کند. از آنجا که طول موج اشعه ایکس هزار برابر کوتاه‌تر از نور مرئی است برای طراحی جزئیات ساختار اتمی بسیار مناسب است.

وقتی اشعه ایکس به جسمی برخورد می‌کند، توسط الکترون‌های موجود در پیوند‌های شیمیایی آن جسم پراکنده شده ، تشکیل یک الگوی انکسار شاخص از نقاط نوری با شدت‌های مختلف می‌دهد و به این ترتیب محققان می‌توانند ترتیب مولکولی یا اتمی آن جسم را بررسی کنند.

در بررسی‌های بیولوژیکی زمانی که تصویربرداری ساختارهای پیچیده مشکل است، این شتاب‌دهنده به دانشمندان در درک چگونگی اثر یک ساختار فیزیکی مولکولی روی عملکرد آن کمک می‌کند. پروتئین‌های پیچیده که بیولوژیست‌ها در تحقیقات‌شان از آنها استفاده می‌کنند، چیزی بیش از نقطه‌ای غیرشفاف ارائه نمی‌دهند. اخیرا دانشمندان برای شکافتن نوعی پروتئین موجود در غده هیپوفیز که مسئول واکنش‌های انسان نسبت به اضطراب است از خط پرتوافشان «I24» استفاده کرده‌اند و به این ترتیب قصد دارند به روش‌های مناسب‌تر درمان بیماری‌های اضطراب و افسردگی دست پیدا کنند. این ساختارهای پیچیده پروتئین در غشاهای سلولی قرار گرفته‌اند و وقتی مولکول‌های خاصی با آنها برخورد کرده و به آنها می‌چسبند، با ملایمت تغییر شکل داده و موجب واکنش‌های فیزیولوژی در بدن می‌شوند. مانند واکنش شبکیه چشم به نور یا توانایی بینی در درک بو. تقریبا یک سوم از داروهای امروزی بر مبنای فرآیندهای تحریک شده توسط این نوع پروتئین ساخته شده‌اند. با استفاده از دیاموند می‌توان داروهایی ساخت که بهتر از روش‌های آزمون و خطا کارکرده و امکان وجود عوارض غیرمنتظره در آنها به حداقل برسد. همچنین این روش به محققان اجازه ساخت داروهایی مناسب برای بیماران آلزایمر، شیزوفرنی و دیابت را می‌دهد.

تاکنون محققان با بررسی دی‌ان‌ای ویروس‌ها سعی کرده‌اند آنها را دسته‌بندی کنند، اما ابزارهای در دسترس واقعا ناامید‌کننده بوده است، در حالی که عملکرد دیاموند در این زمینه بسیار امیدوارکننده است.

تعداد ویروس‌ها نسبت به اشکال دیگر حیات بسیار بیشتر است. یک لیوان پر از آب دریا حاوی بیلیون‌ها نوع ویروس است. بیشتر آنها بی‌خطر هستند، اما باقی ویروس‌ها به همیاری میزبان‌شان به دستگاه‌های بسیار مخرب سلول‌ها تبدیل می‌شوند. بیولوژیست‌ها فقط می‌توانند کمی روی سطح این ویروس‌ها را خراش دهند، اما به وسیله شتاب‌دهنده می‌توانند ساختارهای مشترک ویروس‌هایی را که موجب بیماری می‌شوند آشکار کنند. با این دستگاه می‌توان برای بیماری تب برفکی ـ یکی از عفونی‌ترین ویروس‌های شناخته شده دام ـ واکسن‌هایی کارآمد تولید کرد. این ویروس اگرچه برای انسان خطری ندارد، اما می‌تواند میلیون‌ها دام را معدوم کند. محققان در حال حاضر به بررسی ویروس‌های دیگری از این خانواده که موجب بیماری فلج اطفال می‌شود پرداخته‌اند. اگر آنها بتوانند برای این بیماری واکسنی بسازند دیگر بیماری‌ای به نام فلج اطفال وجود خارجی نخواهد داشت.

لیزرهای اشعه ایکس، رقیبی برای دیاموند

ممکن است بیولوژیست‌ها برای درک واقعی جنس حیات به سراغ دستگاه‌هایی ترسناک‌تر و پرهیبت‌‌تر از دیاموند بروند. در حقیقت شتاب‌دهنده، رقیب جدیدی از لیزرهای اشعه ایکس پیدا کرده که چند کیلومتر طول دارد و اشعه‌های ایکس را بیلیون‌ها برابر روشن‌تر از شتاب‌دهنده و با 20 هزار ضربه در ثانیه شلیک می‌کند. با چنین ضربه‌هایی می‌توان براحتی به الگوی انکساری دست یافت و این عمل ساختاری ظریف‌تر از شتاب‌دهنده به دست می‌دهد و در نتیجه محققان می‌توانند به اطلاعات ساختاری بیشتری دست پیدا کنند.

درمان بیماری‌ها با کمک شتاب‌دهنده

محققان با کمک شتاب‌دهنده به بررسی مولکول‌ها و عوامل مهلک‌ترین بیماری‌های جهان پرداخته ، در مسیر یافتن درمان‌های جدید هستند.

آلزایمر

یکی از مشکل‌ترین مسائل در شناخت بیماری آلزایمر مرگ بی‌بازگشت سلول‌های مغزی است که قبل از این که بیماری تشخیص داده شود رخ می‌دهد. چند گروه از محققان با استفاده از شتاب‌دهنده روی این بیماری تحقیق می‌کنند تا بتوانند این بیماری را در مراحل اولیه تشخیص داده ، فرآیندهای بیوشیمیایی مسئول ایجاد آلزایمر را بهتر کنترل کنند.

سرطان

محققان با کمک دیاموند به بررسی برخی از فرآیندهایی که موجب سرطان می‌شود پرداخته‌اند تا روش‌هایی مناسب برای درمان انواع سرطان بیابند. آنها شکل پروتئین‌های بیماری‌زا را رمزگشایی می‌کنند و این که چگونه این پروتئین‌ها سلول‌ها را در برابر شیمی‌درمانی مقاوم می‌کنند.

دیابت و پوکی استخوان

بیماری دیابت بسیار گسترده شده است. به یمن کشف اخیر پروتئین گیرنده اضطراب، دانشمندان اکنون الگویی در دست دارند که می‌تواند به بررسی ساختارهای دیگر گیرنده‌های هم خانواده که مسئول ایجاد دیابت و پوکی استخوان است کمک کند. این موضوع به درمان بهتر این بیماری‌ها می‌انجامد.

آنفلوآنزا

ویروس‌هایی مانند آنفلوآنزا و به اصطلاح «مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک» با سرعت و به طور باور نکردنی رشد می‌کنند به طوری که هر نوع جدید آن مستلزم یک روش جدید پیشگیری و درمان است. دیاموند به دانشمندان تسهیلاتی ارائه داده​ که بتوانند انواع ویروس‌های جدید آنفلوآنزا و انواع احتمالی دیگر را بررسی کنند.

ویروس HIV

ویروس‌ها با وارد کردن مواد ژنتیکی درون دی‌ان‌ای ما بیماری زا می‌شوند و دانشمندان با استفاده از دیاموند به بررسی چگونگی بیماری زا بودن ویروس HIV و دیگر ویروس‌های پسگرد پرداخته و امیدوارند بتوانند داروهایی بهتر در درمان بیماری ایدز پیدا کنند. آنها همچنین در ژن‌درمانی و درمان اختلال‌هایی که براثر ژن‌های معیوب به وجود می‌آید، پیشگام خواهند شد.

مالاریا

دیاموند می‌تواند از پروتئین‌های جدیدی که موجب تولید انگل و در نتیجه ضعف ما می‌شود و همچنین مسئول تولید بیماری مالاریا و دیگر بیماری‌های استوایی هستند، تصویری دقیق و با جزئیات فراهم کند.

با داشتن جزئیات این آلوده‌کننده‌ها می‌توان به درمان این بیماری‌های خطرناک پرداخت.

Focus / مترجم: نادیا زکالوند