جوان آنلاین: نگاهداری گفت: از این فناوری میتوان برای ایجاد انواع دیگر بافتها نیز استفاده و فرصتهای جدیدی را برای درمان آسیبهایی نظیر آسیبهای نخاعی ایجاد کرد.
مردم ایران چهل و ششمین سالگرد پیروزی انقلاب اسلامی را در حالی جشن میگیرند که دستاوردهای علمی در طول ۴۶ سال گذشته یکی از بارزترین دستاوردهای ایران بعد از انقلاب اسلامی است. ایران توانسته زیر سایه خودباوری انقلابی خود مرزهای علمی را در حوزههای مختلف از نانو گرفته تا هوش مصنوعی پشت سربگذارد.
از جمله نمونههای این پیشرفتهای علمی بعد از انقلاب میتوان به نوبل شیمی سال گذشته اشاره کرد؛ سال گذشته میلادی در تیم دریافتکننده جایزه نوبل شیمی یک استاد دانشگاه ایرانی هم حضور داشت. بابک نگهداری، مدیر گروه زیست فناوری پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران و دبیر بورد تخصصی زیست فناوری پزشکی و پزشکی مولکولی کشور است که دارای دکتری پزشکی حرفهای و تخصصی بیوتکنولوژی نیز هست. او به دلیل فعالیتهای علمی خود بین ۲ درصد دانشمند برتر جهان قرار گرفته است. نگاهداری که رتبه هفتم کنکور سراسری را به دست آورده این روزها علاوه بر کرسی استادی دانشگاه علوم پزشکی تهران ریاست مرکز پژوهشهای مجلس را نیز برعهده دارد.
اما موضوعی که موجب شده به سراغ نگاهداری برویم، ماجراهای جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۲۴ میلادی است. جایزه نوبل شیمی در سال قبل میلادی به موضوع طراحی پروتئین به سرپرست اصلی این تیم مشترک تحقیقاتی یعنی پروفسور دیوید بیکر از دانشگاه واشنگتن، تعلق گرفت، اما در بین تیم دریافتکننده جایزه دانشمندان ایرانی هم همکاری داشتند که در گفتوگوی «جوان» با بابک نگاهداری به ماجرای این همکاری علمی پرداختیم.
آقای نگاهداری! دانشمندان کشورمان با تیمی که سال گذشته میلادی موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی شد، همکاری داشتند. در روزهایی که سالگرد پیروزی انقلاب اسلامی است و سخن از دستاوردهای علمی انقلاب در رسانهها بیشتر از قبل مطرح است، در مورد این همکاری علمی توضیح دهید و اینکه کشور ما در این تیم چه نقشی داشتهاست؟
در ابتدا سالگرد پیروزی انقلاب اسلامی را تبریک میگویم. بدون شک انقلاب اسلامی جهشی در تولیدات و پیشرفتهای علمی کشور ایجاد کرد که برای کسی قابل کتمان نیست. در علوم پزشکی و علوم پایه این پیشرفتها برای آحاد جامعه هم قابل لمس است، چراکه دریافتکننده خدمات حاصل از این پیشرفتها هستند. اما یکی از مسیرهای پیشرفت علمی، افزایش همکارهایی علمی در سطح جهانی است. خوشبختانه اعضای هیئت علمی و دانشجویان گروه زیست فناوری پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران در سالهای اخیر همکاریهای بینالمللی چشمگیری با دانشگاهها، مراکز تحقیقاتی و همچنین اساتید فعال در حوزه بیوتکنولوژی برقرار کردهاند که نتایج این همکاریهای بینالمللی چاپ مقالات و ثبت پتنتهای معتبر بودهاست.
یکی از این مراکز تحقیقاتی معتبر مورد همکاری با ما، مؤسسه طراحی پروتئین (IPD)، دانشگاه واشنگتن است که در زمینه طراحی دنیای جدیدی از پروتئینها برای رفع چالشهای قرن بیست و یکم در پزشکی، انرژی و فناوری مشغول به فعالیت است. در سالهای اخیر گروه زیست فناوری پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران همکاریهای چندجانبهای از بعد روشهای محاسباتی، کامپیوتری و همچنین تجربی و آزمایشگاهی با این مرکز تحقیقاتی داشته که ماحصل نهایی آن اعطای جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۴ در موضوع طراحی پروتئین به سرپرست اصلی این تیم مشترک تحقیقاتی پروفسور دیوید بیکر از دانشگاه واشنگتن شد.
این همکاری علمی علاوه بر بحث دریافت جایزه نوبل شیمی چه دستاوردهای دیگری داشتهاست؟
نتیجه این همکاری در ماههای اخیراً چاپ سه مقاله و ابرپروژه بنیادی با این مؤسسه در مجلات وزین Cell با ضریب تأثیر یا ایمپکت فاکتور ۶۷ و Nature materials با ضریب تأثیر یا ایمپکت فاکتور ۴۸ و science با ضریب تأثیر ۴۷ است. تا کنون فقط ۰۵/۰درصد از محققان و اساتید ایرانی موفق به چاپ مقاله در این سطح بالای اعتبار علمی شدهاند. این پروژهها نتیجه همکاری پیوسته و بلندمدت بینالمللی با دانشمندان دانشگاه واشنگتن، دانشکده پزشکی دانشگاه نیویورک، دانشکده پزشکی دانشگاه ییل، دانشگاه ماساچوست، آزمایشگاه ملی آرگون، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دیگر آزمایشگاههای اصلی تحقیق و توسعه در طراحی پروتئین است و همکاری با دانشگاه علوم پزشکی تهران بودهاست.
در پروژه تحقیقاتی که نتایج آن در ژورنال Cell چاپ شد، ما روش جدیدی برای کنترل نحوه تشکیل رگهای خونی از سلولهای بنیادی انسان در آزمایشگاه ایجاد کردیم که این یک گام بزرگ برای پزشکی بازساختی است و هدف آن ترمیم یا جایگزینی بافتهای آسیبدیده در بدن است. همانطور که در علم پزشکی به اثبات رسیدهاست در بدن انسان در بلندمدت آسیبهای ناشی از بیماریها از جمله حملات قلبی، دیابت و پیری تجمیع میشود. یکی از راههای ترمیم این آسیبها، تشکیل رگهای خونی جدید در ناحیهای است که به آنها نیاز است. در این پروژه ما پروتئینهایی طراحی کردیم که میتوانند با دقت بالا به گیرندههای فاکتورهای رشد روی سلولها متصل شوند.
با درمان سلولهای بنیادی انسانی توسط این پروتئینها، تشکیل انواع مختلف رگهای خونی را مشاهده کردیم که سطح جدیدی از کنترل را بر رشد سلولهای بنیادی نشان میدهد.
این رگهای خونی تازه تشکیل شده دارای عملکرد و حتی بلوغ نیز بودند. همچنین هنگام ایجاد خراش توانستند بهبود پیدا کنند و مواد مغذی را همانطور که انتظار میرفت، جذب کردند. هنگامی که ما این رگهای خونی را به موشهای آزمایشگاهی پیوند زدیم، در عرض سه هفته به سیستم گردش خون حیوان متصل شدند. از این فناوری میتوان برای ایجاد انواع دیگر بافتها نیز استفاده کرد و فرصتهای جدیدی را برای درمان آسیبهایی نظیر آسیبهای نخاعی ایجاد کرد. این تحقیق بسیار مهم برای اولین بار توسط اعضا گروه زیست فناوری دانشگاه علوم پزشکی تهران با مراکز تحقیقاتی ذکر شده با طراحی پروتئینهای هدفمند جهت هدایت سلولهای بنیادی برای تبدیل شدن به سلولهای اندوتلیال که دیواره رگها را تشکیل میدهند، استفاده کردهایم. این پیشرفت به ما کمک میکند تا بیماریها را مدلسازی کرده و در درمانهای جدید برای بازسازی رگهای خونی استفاده کنیم.
خب در مورد پروژه دوم تحقیقاتی که در نتیجه این همکاری علمی انجام شد هم توضیح دهید و بگویید تا به امروز چه نتایجی داشتهاست؟
پروژه تحقیقاتی دوم ما که مشترک با مراکز مذکور انجام پذیرفت و نتایج آن در ژورنال معتبر Nature Materials منتشر شد یک استراتژی کلی برای ایجاد پروتئینهایی ارائه میدهد که به ساختارهای بلوری دقیق واز پیش تعیین شده تبدیل میشوند.
توانایی طراحی چنین بیوموادهایی با دقت بالا زمینه را برای توسعه ابزارهای نوری پیشرفته، فناوریهای جدید برای جداسازی مواد شیمیایی و کاربردهای مختلف دیگر در بیوتکنولوژی و پزشکی فراهم میکند. کریستال کردن پروتئینها همیشه یک کار چالشبرانگیز بودهاست که نیاز به آزمون و خطای بسیار زیاد و هم به شانس بالا نیاز دارد. با این حال، تحقیق ما نشان میدهد که اکنون میتوان پروتئینهایی کاملاً جدید طراحی کرد که به روشهای با دقت بسیار بالا و قابل پیشبینی کریستالها را تشکیل دهند. این مدلهای طراحیشده با استفاده از پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی تأیید شدند و دریافتیم که این بلورها تقریباً با مدلهایشان مطابقت دارند. برخی از کریستالها خواص منحصر به فردی داشتند، مانند پایداری بالا حتی در شرایط سخت مانند آب جوش یا فشار بالا. این ویژگیها نشان داد که این کریستالهای پروتئینی میتوانند در کاربردهای پیشرفته مختلف، از جمله مهندسی مواد مورد استفاده قرار گیرند.
پروژه سوم این تیم مرتبط با نانوساختارهای جدیدی است که طراحی شده است. اهمیت طراحی و تولید این نانوساختارها چیست؟
پروژه سوم تحقیقاتی مشترک ما با این مرکز که منجر به انتشار مقالهای در مجله معتبر Science با ایمپکت فاکتور ۴۷ شد به طراحی و تولید نانوساختارهایی متشکل از دو جزء پروتئینی پرداخته است: یکی پروتئین متصلشونده به آنتیبادی و دیگری خود آنتیبادی. این ساختارها قابلیت مونتاژ و تجمیع آنتیبادیها را در طیف وسیعی از کمپلکسهای نانوساختاری فراهم میکنند و امکان کنترل تقارن و ظرفیت آنتیبادیها را نیز دارند.
از این ساختارها برای بررسی عملکرد در سیگنالینگ سلولی استفاده شد. بهویژه، نانوساختارهای حاوی آنتیبادیهای اختصاصی ویروس کرونا (SARS- CoV- ۲) توانستند به طور مؤثری ویروس را خنثی کنند.
علاوه بر این، استفاده از این ساختارهای نوین در مسیرهای سیگنالینگ مانند SD۴۰، آنژیوپویتین و تکثیر سلولی، منجر به بهبود کارایی این مسیرها و افزایش قدرت مونتاژ فیوژنهای Fc یا آنتیبادی شد.
همکاری تحقیقاتی با آزمایشگاه پروفسور دیوید بکر در زمینه طراحی پروتئینهای جدید که برنده جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۴ در همین موضوع شد و انتشار سه مقاله در مجلات معتبر Nature، Cell و Science نشاندهنده تلاشهای گسترده و ارزشمند اساتید گروه زیست فناوری دانشگاه علوم پزشکی تهران در پیشرفت علمی کشور میباشد.