بيوراكتورهاي مهندسی بافت

به وسیله ای که در آن یک فرآیند زیستی یا بیوشیمیایی در شرایط کاملا کنترل شده (از نظر pH، دما، فشار، تامین مواد غذایی و حذف مواد زائد) توسعه می یابد و به دقت پایش می شود بیوراکتور می گویند. از ویژگی های مهم بیوراکتورها تکرارپذیری بالای آنها، کنترل و هدايت خودکار برای یک فرایند زیستی خاص است تا بتوان از کارکرد آنها برای افزایش مقیاس استفاده کرد. بیوراکتورها در فرایند های تخمیر صنعتی، تصفیه پساب، فرآوری مواد غذایی و تولید ترکیبات دارویی و پروتئین های نوترکیب (مثل آنتی بادی، فاکتور رشد، واکسن ها و آنتی بیوتیک ها) استفاده می شوند.

مهندسی بافت علمی است که از  کاربرد مفاهیم و روش های مهندسی و علوم زیستی برای توسعه محصولات زیستی برای ترمیم، پشتیبانی و بهبود عملکرد بافت استفاده می کند. در یکی از کاربرد های معمول، از اجتماع و پیوستگی سلولها بر روی یک داربست (scaffold) متخلخل، بافت با ساختار سه بعدی بوجود می آید که این داربست می تواند برای توسعه یک بافت استفاده شود و یا با سرعتی مشخص جذب و یا تجزیه شود. مهم ترین فاکتورهایی که در کشت بافت اثر گذار است تامین مواد غذایی و نیروهای مکانیکی وارد بر سلول های بافت است که تعیین کننده نوع بیوراکتور کشت بافت است.

مشکلات متداول در بيوراكتورهاي مهندسی بافت

1-    چند سلول برای ایجاد یک عملکرد خاص بواسطه بافت مورد نیاز است؟

2-    چگونه شرایط را مشابه داخل سلول ایجاد کنیم

-         نیازمندی های تغذیه ای

-         نیاز های ساختاری

-         تکیه گاه مناسب مکانیکی و تنش برشی

3-    طراحی و نحوه کارکرد بیوراکتور

4-    افزایش مقیاس و بهره برداری

اهداف استفاده از بیوراکتور ها

·        ایجاد الگو های اختلاط موثر و بذر پاشی یکنواخت فضایی برای داربست های سه بعدی  

·        افزایش انتقال جرم اجزای شیمیایی محیط کشت به درون داربست

·        تحریک فیزیکی (مثلا مکانیکی و هیدرودینامیکی) داربست- سلول طی مراحل رشد و توسعه

جنبه های طراحی راکتورها

·        مقیاس ماکرو (شکل، اندازه، نوع اختلاط )

·        مقیاس میکرو (آنالیز دقیقی از چگونگی انتقال مواد غذایی، حذف ضایعات و سموم (مثل اوره)، ایجاد محیط  برای ساپورت مواد )

·        پارامتر های طراحی راکتور

Ø     هندسه راکتور (شکل و اندازه) که بستگی به نوع عملکرد مورد انتظار دارد،

Ø     جریان خوراک و حذف ضایعات

Ø     کنترل بیوراکتور (T, CO₂, O₂, pH)

Ø     کنترل و پایش عملکرد سلول

عوامل موثر در تفکیک سلولی

از آنجا كه شرايط اعمال شده براي كشت بافت ها بيشتر براي تكثير آنهاست بنابراين سلولها خصوصيات تفكيك يافتگي اوليه خود را از دست مي دهند. عوامل موثر بر تفكيك يافتگي:

·  برهمکنش سلول –سلول

·  برهمکنش های ماتریکس

·  فاکتورهای محلول

·  شکل سلول و جهت گیری سلول

·  تنش های دینامیکی

·  انتقال اکسیژن

مقايسه بيوراكتورها
منهدسي بافت	كشت هاي بزرگ مقياس (صنعتي)
هدف از استفاده از بيوراكتور به استفاده نهايي و نوع بافت بستگي دارد	هدف توليد بيشينه يك محصول است
چندين نوع سلول وجود دارد	يك نوع سلول وجود دارد
بعضا قوانيني براي طراحي وجود دارد ولي بيشتر اين قوانين تك كاره و فاقد عموميت است.	طراحي متناسب با طراحي استاندارد راكتور هاست.
	از يك نوع راكتور مي توان براي كاربرد هاي مختلف استفاده كرد

محرك هاي مكانيكي

فشار هيدرواستاتيكي (فشار يا تنش)، جريان سيال (تنش برشي) محيطي شبيه به داخل سلول را ايجاد مي كند.

مورفولو‍‍‍‍ژي سلولي تحت تاثير قرار مي گيرد

براي توسعه يك بافت بايستي شرايطي مشابه با داخل سلول ايجاد كرد.

انواع بيوراكتور ها براي كاربرد در مهندسي بافت

a) بيوراكتور فلاسكي نخ تاب (Spinner-flask bioreactor) 

براي مقاصد بذر پاشي در داربست هاي 3 بعدي استفاده مي شوند. طي بذر پاشي، سلول ها به سطح و درون داربست ها بواسطه جابجايي منتقل مي شوند. طي كشت، چرخش باعث افزايش انتقال جرم خارجي مي شود ولي توليد توربلانسي و ادي نيز خواهي شد كه براي بافت مخرب است.

b) مخزن با ديواره چرخنده Rotating-wall vessels

محيط ديناميكي با تنش پايين و انتقال جرم بالا فراهم مي كند. ديواره ظرف به صورتي مي چرخد كه نيروهاي درگ و سانتريفيوژي و نيروي وزني با هم به تعادل برسند. كه در نتيجه بافت در محيط كشت معلق مي ماند

c) بيوراكتور با رشته هاي توخالي Hollow-fiber bioreactors

انتقال جرم را طي كشت بهبود  مي دهد و براي سلول هاي حساس و فعال (متابوليكي) مثل هپاتوسيت ها مفيد است. در شكل، سلول ها در ژل داخل فيبر قرار گرفته اند و محيط كشت از سطح خارجي رشته ها به داخل نفوذ مي كند.

d) Direct perfusion bioreactors

محيط كشت از منافذ موجود در داربست عبور مي كند و اين نوع بيوراكتور براي بذر پاشي و يا ايجاد بافت هاي 3 بعدي كارايي دارد. در اين جا به واسطه عبور محيط كشت هم از پيرامون و هم از بين منافذ داربست، انتقال جرم بسيار افزايش مي يابد.

e) بيوراكتوري كه نيروي مكانيكي مشخص (مثل فشار ديناميكي) بر روي سازه هاي طراحي شده وارد مي كند و به عنوان سيستم مدل براي مواردي كه بافت تحت شرايط بار فيزيولوژيكي قرار مي گيرد و براي ساخت بافت هاي پيوندي با عملكرد ويژه به كار مي رود. به عنوان مثال با بررسي كامپيوتري نيروهاي وارده و پاسخ سلولي مي توان از اين داده ها براي بررسي اثر نيروهاي مكانيكي بر روي توسعه بافت ها استفاده كرد و علاوه براين براي پيش بيني پاسخ بافت پيوند زده شده در مقابل نيروهاي فيزيولوژيكي استفاده كرد.

Further reading:

1- C. van Blitterswijk et al., Tissue Engineering, 2008,  elsevier

2- I. Martin et al., The role of bioreactors in tissue engineering, 2004, TRENDS in Biotechnology, Vol.22 No.2

3- R. Lanza et al., Principles of Tissue Engineering 3^rd ed. 2007, elsevier

ادامه مطلب ...

نرم افزار COMport Monitor

بسیاری از دستگاه های آزمایشگاهی دارای خروجی سریال (serial port) هستند که برای ارسال داده های آن دستگاه به رایانه استفاده می شود.

نرم افزار COMport Monitor برنامه ای بسیار کاربردی  است که داده های فرستاده شده به  پورت سریال را می خواند و آن را  به رایانه شما منتقل می کند. با استفاده از این نرم افزار می توانید داده های دستگاه مورد نظر خود را بدون نیاز به یادداشت کردن و  بدون نیاز به تایپ مجدد داده ها در اختیار داشته باشید داشته باشید. دانلود نرم افزار از آدرس پایین صفحه: 

Sometimes you need to connect a lab device to pc or your laptop to log your data. Logging the data, especially when you deal with a lot of data, is a time consuming task. You should write your data on paper and transfer the data to PC or laptop  for data analysis or data visualization. COMport software solve this problem. It is a simple and easy to use software that get the data from serial port and log it to PC or laptop. 

Download 

ادامه مطلب ...

معرفی رشته بیوتکنولوژی

معرفی رشته بیوتکنولوژی (زیست فناوری)

واژه بیوتکنولوژی نخستین بار در سال ۱۹۱۹ از سوی Karl Ereky به مفهوم کاربرد علوم زیستی و اثر متقابل آن در فناوری های ساخت بشر به کار برده شد. رشته بیوتکنولوژی یک رشته کاربردی و میان رشته ای است که هم در علوم پایه و هم در زمینه فنی مهندسی و نیز در علوم پزشکی و دارویی مطرح است.

در سال 1368 برای نخستین بار در کشور پیشنهاد و تاسیس رشته مهندسی شیمی – بیوتکنولوژی بعنوان اولین رشته دانشگاهی بیوتکنولوژی کشور در دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی مطرح شد. پس از بررسی و تصویب این رشته، برای اولین بار در سال 1370 در مقطع کارشناسی ارشد، دانشجو پذیرفته شد.

آزمون دکتری Ph.D رشته های وزارت علوم تحقیقات و فناوری 93-94

مهندسی شیمی – بیوتكنولوژی

1-    زبان انگلیسی

2- استعداد تحصیلی

3- مجموعه دروس کارشناسی شامل: (طراحی راکتور، ترمودینامیک) و کارشناسی ارشد شامل: (مهندسی بیوشیمی پیشرفته، میکروبیولوژی صنعتی و تکنولوژی آنزیم)

رشته زیست فناوری میکروبی

1-    زبان انگلیسی

2- استعداد تحصیلی

3- مجموعه دروس کارشناسی شامل: (بیوشیمی – بیوفیزیک – میکروبیولوژی – ژنتیک – سلولی ملکولی) و کارشناسی ارشد شامل: ( بیوتکنولوژی فراورده های تخمیر – مهندسی پروتئین – ژنتیک یوکاریوت ها و ژنتیک پروکاریوت ها – بیوانفورماتیک)

ریز زیست فناوری (نانوبیوتکنولوژی)

1-    زبان انگلیسی

2- استعداد تحصیلی

3- مجموعه دروس کارشناسی ارشد شامل: (ساختار ماکرو ملکول های زیستی ( با تاکید بر پروتئین ها و اسید های نوکلئیک) – زیست فناوری (کشاورزی – پزشکی – صنعتی) – مبانی نانوزیست فناوری)

بیوتکنولوژی کشاورزی

1-    زبان انگلیسی

2- استعداد تحصیلی

3- مجموعه دروس تخصصی کارشناسی شامل: ( ژنتیک عمومی، مبانی بیوشیمی)  و کارشناسی ارشد شامل: (ژنتیک، (یوکاریوت و پروکاریوت)، بیولوژی سلولی ملکولی، بیوتکنولوژی کشاورزی)

رشته های وزارت بهداشت

بیوتکنولوژی دارویی

آ) بیوشیمی

1- بیوشیمی هارپر ویرایش 28 (همه فصول) Harper's Illustrated Biochemistry, 28

2- شیمی آلی موریسون بوید

 Organic Chemistry, Morrison & Boyd, 6th Edition , Chapters: 4,6,7,19,22,23,36

3- نگرشی بر طیف سنجی

Introduction to Spectroscopy, D. L .Pavia, G.M. Lampman, G. S, Kriz, J. A. Vyvgan, 2^nd Ed., Chapters: 2,6,7

ب) بیوتکنولوژی

1- بیوتکنولوژی مولکولی گلیک و پاسترناک (Glick & Pasternak) ترجمه دکتر بهروان و همکاران در دو جلد

2- کتاب ژنوم 3 (تالیف T.A. Brown) ترجمه دکتر سپهری و همکاران

3- فارماکولوژی کاتزونگ چاپ یازدهم (بخش یک، اصول پایه، فصول 1 تا 5، 34، 39، 54)

Katzung Basic and Clinical Pharmacology, 11^th Edition

پ) میکروبیولوژی

1- مرجع کتاب جاوتز 2010 چاپ انگلیسی (فصول1 تا 10 و 11تا 16 و 28 و 29 و 30 و 32 و 33 و 43 و 44)

2- کتاب تضمین کیفیت در برابر میکروب ها: در فراورده های آرایشی، بهداشتی و داروهای غیر استریل ترجمه دکتر فضلی بزاز سال 1378 انتشارات دانشگاه علوم پزشکی مشهد (فصل 1 و 2 و3 و4 و 12 و 13 و 14 و 15)

ت) ایمونولوژی

کتاب ایمونولوژی رویتز چاپ ششم (Roitt's Immunology)

  منابع

 راهنمای ثبت نام و شرکت در آزمون دکتری (سازمان سنجش)

راهنمای شرکت در آزمون دکتری مرکز سنجش آموزش پزشکی

وبسایت دانشگاه تربیت مدرس

ادامه مطلب ...

تخمير براي توليد اتانل

در تخمير براي توليد اتانل تاکنون از ميکروارگانيسم هاي متعددي استفاده شده است. در اين ميان ساکارومايسس سرويزيه معروفترين مخمر مصرف کننده قند هاي شش کربنه است و توانايي تحمل غلظت بالاي اتانل را داراست. علاوه بر ساکارومايسس سرويزيه، باکتري زيموموناس موبيليس نيز از توليد کننده هاي خوب اتانل به شمار مي رود که داراي چرخه بيوشيميايي انتنر دودوروف است. اين باکتري با وجود اينکه غلظت هاي بالاي اتانل را مي تواند تحمل کند، ليکن از آنجا که تعداد قند هايي که مي تواند براي تخمير استفاده کند محدود به گلوکز فروکتوز و ساکارز است استفاده از آن را محدود ساخته است. 

تخمير يک واکنش موازنه شده دروني اکسايش-کاهش است که در آن بعضي اتمها دهنده الکترون هستند و کاهيده ميشوند و ساير اتمها گيرنده الکترون هستند و اکسيد مي شوند. در اين فرآيند انرژي در يک مرحله که فسفريلاسيون ناميده ميشود توليد ميشود. يکي از مسيرهاي شيميايي رايج که در بيشتر ميکروارگانيسمهاي تخمير کننده که از گلوکز به عنوان منبع کربن استفاده ميکنند مشاهده ميشود مسير گليکوليز يا Embden-Meyerhoff-Paranas (EMP) ناميده مي شود.

ادامه مطلب ...

سوخت زيستي

حمل و نقل کاملا وابسته به سوخت هاي فسيلي بويژه سوخت هاي وابسته به نفت از جمله بنزين ، گازوئيل و گاز طبيعي است. با کاهش منابع نفتي موجود نياز به فناوري هاي جايگزين براي توليد سوخت هاي مايع از اهميت بيشتري برخوردار خواهد شد. چند دليل مهم مي توان براي توسعه سوخت هاي زيستي در کشور هاي توسعه يافته و کشور هاي در حال توسعه برشمرد که عبارتند از: امنيت انرژي، مسائل زيست محيطي، صرفه جويي در تبادل ارز خارجي و جنبه هاي اجتماعي-اقتصادي که مربوط به بخش روستايي در همه کشور هاي دنيا مي شود. با توجه به اين دلايل انتظار مي رود که رشد در بازار توليد سوخت هاي زيستي در دهه آينده رشد بسيار سريعتري داشته باشد. سوخت هاي زيستي متداول مثل اتانل از ذرت، گندم يا چغندر قند و بيوديزل از دانه هاي روغني، از محصولات غذايي متداول که نياز به زمين هاي کشاورزي مناسب دارد. با اين حال اتانل را مي توان به عنوان جايگزين يا افزودني به سوخت استفاده کرد که مي توان از منابع زيادي از جمله زباله هاي خانگي و سلولزي، گياهان علفي و چوبي، زائدات و بقاياي کشاورزي و قسمت عمده اي از جريان جامد و مايع زباله شهري استفاده کرد. استفاده از اتانل يکي از راه هاي کاهش آلودگي و کاهش مصرف سوخت هاي فسيلي است. استفاده از روغن هاي گياهي براي توليد بيوديزل که آلودگي کمتري از سوخت هاي ديزلي متداول دارد، افزايش يافته است.

استفاده از بيومس براي توليد انرژي مواد شيميايي و برق در محلي بنام زيست پالايشگاه يا biorefinery انجام مي گيرد. سوخت زيستي به صورت جامد (زغال زيستي)، مايع (اتانل و روغن گياهي و بيوديزل) يا به صورت گاز (بيوگاز، بيوسين گاز وبيو هيدروژن) هستند که مي توان از بيومس (زيست توده) توليد کرد. از بيومس مي توان در فرايند Fischer–Tropsch براي توليد هيدروكربنهاي با طول زنجيره بالا با استفاده از كربن منواكسيد و هيدروژن استفاده كرد.

يکي از عوامل مهم تعيين کننده در قيمت سوخت هاي زيستي قيمت ماده اوليه آن است. به ويژه قيمت بيوديزل که از روغن هاي گياهي توليد مي شود تحت تاثير قيمت روغن هاي گياهي و هزينه انرژي مورد نياز براي حرارت دادن آن است. بيوديزل که سوختي شبيه به ديزل است از روغن هاي گياهي يا روغن هاي حيواني يا زايعات چربي ها به دست مي آيد. بيوديزل را مي توان مستقيم به عنوان سوخت استفاده کرد که نيازمند تغيير در موتورهاي ديزلي است و يا مي توان به صورت مخلوطي با سوخت ديزل معمول به کار برد که نياز به تغيير اندک يا هيچ تغييري در موتور است. مزاياي استفاده از سوخت هاي زيستي عبارتست از: کاهش گاز هاي گلخانه اي و کاهش توليد دي اکسيد کربن، چند بعدي ساختن سوخت هاي مصرفي، دوام فرآيند و مقرون به صرفه بودن و بازار بيشتر براي محصولات کشاورزي.

در سال 2004 در اروپا مجموعا 9/2 بيليون ليتر سوخت زيستي توليد شده است که 620 ميليون ليتر آن اتانل و 3/2 بيليون ليتر آن بيوديزل بوده است. اروپا بزرگترين توليد کننده بيوديزل در دنياست که آلمان بيشي از نيمي از بيوديزل اروپا را تامين مي کند پس از آن فرانسه و ايتاليا توليد کننده هاي مهم بيوديزل هستند در حاليکه اسپانيا در اروپا مهم ترين توليد کننده اتانل است. شکل 1-1 توليد جهاني اتانل و بيوديزل دنيا را از سال 1980 تا 2007 نشان مي دهد.

ادامه مطلب ...