سیستم نگهداری و تعمیرات بهبود

افق توسعه کاربردها

انتظار میرود دارورسانی و تحویل دارویی هدفمند (با تفاوت اندکی در مقیاس زمانی) کاربردهایی باشند که بیشترین بهره را از فناوری نانو در زمینه داروهای زیستی در دهه آینده و فراتر از آن، با مقیاسی زمانی کمی متفاوت جهت کاربردهای انبوه داشته باشند. چنانچه در شکل زیر دیده میشود، مراحل مختلف توسعه نانوذرات مبتنی برروشهای درمانی در دهه آینده نشان داده شده است. در زمینه رهایش مؤثردارو انتظار میرود که تا سال 2015 این مورد به خوبی تثبیت شده و در کاربردهای انبوه مورد استفاده قرار گیرد.  تعداد بیمارانی که میتوانند از درمانهای مبتنی بر نانوذرات بهرهمند شوند بسیار زیاد است، اما متخصصان پنل دلفی تاکید داشتند (تقریباً70 %از آنها) که درمان سرطان احتمالا زمینهای است که این رهیافت با ارایه تنوعی بالا از روشهای درمانی، کاربردی بسیار مؤثر خواهد داشت.

2-1-4 -چالشها، موانع، گلوگاه ها

بر خلاف انتظارات بالا از نانوذرات برای کاربردهای دارویی، فناوری نانو همچنان در مرحله مقدماتی است و مشکلات زیادی برای حل چگونگی دسترسی به نتایج مورد انتظار در افقی 10 ساله در نظر گرفته شده است. واکنش میان نانوذرات و هدفهای درون بدنی همچنان باید مورد تحقیق جدی قرار گیرد تا درک بهتری از اصول اولیه پیچیده بیولوژیکی تاثیر کاربردهای خاص حاصل شود. بر اساس نظر متخصصان یکی از مهمترین چالشها با ارزیابی عوارض جانبی احتمالی نانوذرات (برای مثال مسمومیت سلولی عمومی) در ارتباط است تا از این که این عوارض نمیتوانند کاربردهای درمانی دارو را مختل کنند اطمینان حاصل شود. قابل اندازهگیری بودن تولید نانوذرات چالش دیگر است به خصوص در زمینه تولید نانوساختارهای سه بعدی. تولید استانداردهایی برای نانومواد و اجزا نیازمند کار بیشتر است و نیازی ضروری و فوری برای استانداردسازی برای  خصوصیات نانوذرات و تحلیل آنها وجود دارد که میتواند تعیین مشخصات شیمیایی (مولکولی) در مقیاس نانو را فراهم آورد. به 14 هدفگیری ناکارآمد و تخلیه دارویی غیر رضایتبخش، همراه با موانع انتقال مؤثر، تجمع و حفاظت موثر از دارو عنوان زمینههایی مطرح هستند که بیشترین تحقیقات و مطالعات را طلب میکنند. توسعه مقیاس وسیعتری از نانومواد با خصوصیات ویژه مطمئناً روند تحقیقات دهه آینده خواهد بود. بر اساس گفته اکثر متخصصان، نیاز به سرمایهگذاری بیشتری روی نانوذرات وجود دارد زیرا بر اساس پیشبینیها طیف نانوذرات موجود، رضایتبخش نیست. بر اساس نظر متخصصان همچنان یک مانع اقتصادی (و یک گلوگاه) مهم ارزیابی بالینی، به خصوص برای کاربردهای دارویی وجود ً دارد. فرآیندهای تأیید نهایی طولانی مدت باعث میشود که سلامت بیماران و نیز برگشت اقتصادی شرکت های سرمایهگذار زمان بیشتری نسبت به دیگربخشها لازم داشته باشد. تحقیقات در این زمینه هزینهبر و توام با ریسک است0 بنابراین داروهای تحت ارتقا بایستی نوعاً جهت برگرداندن پول سرمایهگذاری شده برای توسعه پیچیده و دراز مدت دارو"مورد اطمینان" باشند. در مقابل، همچنین به کمک فناوری نانو، داروهای آینده به سمت درمانهای انفرادی پیش میروند و در نتیجه بازار هدف مرتبط، اندازه کوچکتری خواهد داشت و احتمال بازگشت اقتصادی را کم خواهد کرد. بنابراین حمایت عمومی از مراحل اولیه تحقیقات الزامی است و جهت سادهسازی نسبی فرآیندهای اخذ تایید باید همچنان تلاش شود (البته بدون هیچگونه افت کیفیت و امنیت خود فرآیند)

2-2 -تصویربرداری مولکولی/فتونیک زیستی/تصویر برداری پزشکی

 موضوع شرح- 1-2-2

تصویربرداری پزشکی به شکل فزایندهای جای خود را به عنوان یک ابزار تشخیصی درون بدن باز کرده است. فناوریهای تصویربرداری متعددی برای، تعیین، شناسایی و تشخیص بیماریها وجود دارند (اشعه ایکس – تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا MRI،تصویر برداری اولتراسونیک یا فراصوت و هستهای) و تقاضای زیادی در توسعه فناوری جهت بهبود سرعت، کارایی و کاربرد تجهیزات، کم کردن هزینهها و در نتیجه افزایش قابلیت دسترسی توسعه کاربردهای درمانی و شفابخش آنها وجود دارد. ، در سالهای اخیر 17 ، آنالیز کامپیوتری 16 ، تجهیزات 15 پیشرفتها در زیست شناسی سلولی، عوامل زیست شیمیایی ابزارهای جدیدی را برای ارتقای کارایی و قابل اعتماد بودن سیستمهای تشخیص معرفی نموده است. تصویربرداری مولکولی و بیوفوتونیک دو فناوری جدید برای پشتیبانی از این تلاشها هستند و فناوری نانو در تامین نیازهای فوقالذکر حیاتی خواهد بود.

2-2-2 -خواص و کاربردها

تصویربرداری مولکولی به ارایه، تعیین مشخصات و نمایش تصویری و کمیسازی فرآیندهای بیولوژیک در سطحهای سلولی و زیرسلولی در درون ارگانیسمهای زنده اطلاق میشود. در تصویربرداری مولکولی، پروبهای مولکولی که دارای ) به عنوان منبعی از وضوح تصویر به کار 18 واحدی برای هدفگیری هستند(مثلاً گیرندههای خاص، لیگاندها یا پپتیدها میرود. زمانی که نشانگرمولکولی معینکننده بیماری مشخصی باشد واسطه افزایش وضوح در بافت بیمار جمع میشود. این رهیافت که در حال توسعه برای نقشهای تشخیص تصویربرداری ذکر شده در بالا است، افقهای جدیدی را در فرآیندهای بیماری در آزمایشگاه نوید میدهد، اما از آنجایی که فرآیندهای تصویربرداری فوقالذکر قابل کاربرد به صورت بالینی میباشند، میتوان از آنها جهت انتقال این دانش به درمانهای بالینی و تشخیص جدید (با تغییر تأکید از رهیافت غیرویژه به رهیافتی ویژه) استفاده نمود. 19 تغییر واژه فارسی برای تصویر برداری فراهم آمده است که هماکنون میتواند پتانسیلی برای درک بیولوژی تجمعی ، تشخیص زودتربیماری و غربالگری بیماریها و درمان بالینی مورد استفاده قرار گیرد. دو سوم متخصصان سهیم در تحقیقات از فناوری نانو به عنوان عاملی منحصر به فرد در فرآهم آوردن تنوعی از عوامل تصویربرداری معین وحساس با خصوصیات مورد نیاز برای کاربرد کاراتر آنها یاد کردند و تأکید کردند که قابلیت هدایت نانوذرات برای هدف خاص برتری در بخش دارویی با توجه به فناوریهای جایگزین کنونی موجود مورد استفاده قرار گیرد. بیوفتونیک از اشعههای نوری و دیگر اشکال انرژی استفاده میکند و میتواند به عنوان علمی برای ایجاد و به کارگیری (فتونهای) نور برای تصویربرداری، تشخیص و دستکاری مواد بیولوژیکی تشریح شود. یک مثال درمان دینامیکی تصویری (PDT )است که در آن داروها (عوامل حساس کنندههای نوری شده) و انواع مشخص از نور برای پاک کردن بافتهای بیماریزا در حالتی خاص به کار می روند0 فناورینانو با بهکارگیری و تسهیل هدفگیری حساسکننده های نور، به سمت توسعه بیوفوتونیک و در نتیجه PDT نزدیک میشود. با این وجود، از آنجا که نور مورد نیاز جهت فعال کردن اکثر "نانوحساسکننده"های موجود، چندان نمیتواند به درون بافتها نفوذ کند تا این امکان را به صورت کامل به وجود آورد، نیاز به فتوسنتز کنندههایی که نور فعالکننده در عمق بیشتری روی آنها میتواند اثرگذار باشد، احساس می شود0 در زمینههای حیاتی مانند درمانهای ضد سرطان، در دسترس بودن این فتوسنتز کنندهها قابلیتهای بالقوه بیوفوتونیک را به میزان بالایی افزایش خواهد داد. ترجیحات مشخصی برای تعیین مناسبترین انواع نانوذرات برای تصویربرداری مولکولی وجود ندارد0 متخصصان سهیم در پروژه داخلی در وهله اول درخت سانها، پلیمرها، پلیمرهای خطی، فسفولیپیدهای اشباع شده و میکروحبابها را نام بردند اما از طیفی دیگر از مواد نیز، یاد کردهاند. اینها ترکیبات نانوقفسی، آرایههای چندپاره (و یا تکپاره) هستند که مانند دیگر نانوذرات معدنی خواص فیزیکی قابل تغییردارند. واسط افزاینده وضوح که عموماً توسط متخصصان سهیم در پروژه دلفی به کار میرود، گادولینیوم و اکسیدهای آهن ابرپارامغناطیسی هستند. نانوذرات پرفلوروکربن، نقاط کوانتومی، مولکولهای هدف کروموفور یکپارچه به علاوه فلوئوروفورهای نزدیک به مادون قرمز،. رادیو نوکلیوتیدها و پروتئینها اغلب برای این هدف کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. یک مثال بسیار جالب و خوش آتیه از جایگاههای مولکولی، نقاط کوانتومی هستند. آنها باعث میشوند تصویربرداری چند رنگ مؤثر از نمونه های بیولوژیکی تسهیل شود و به خصوص برای تصویربرداری فلویورسان در بافتهای زنده که سیگنال ها ممکن است توسط تشعشعات دارویی مشوشکننده و نوسانی، مغشوش شوند به کار گرفته شود. وقتی که این نقاط کوانتومی توسط لایههای زیستسازگار و یا پروتئینها پوشش داده میشوند شناخت آنها توسط سلولهای زنده به عنوان مسمومیت میسر نیست. از نقاط کوانتومی احتمالاً میتوان جهت تعمیر کانالهای نورونی آسیب دیده و یا جهت تحویل دارو توسط فعال کردن نقاط با نور استفاده نمود. تصویربرداری مولکولی هم توزیع زیستیًپروب مولکولی را به صورت حرارتی و فضایی فراهم میکند و هم باعث میشود فرآیندهای بیولوژیک مرتبط در حالتی معنا دارتر از اندام یک سوژه زنده، تعیین شوند. برای مثال در فرآیندهای اکتشاف دارویی این روش از مزیت امکانپذیری مطالعه و نظارت بر موضوع مورد نظر و احتمالاً عملکرد دارویی بالقوه در مدل حیوانی پیش از آنکه تغیرات فنوتیپ مشهود شوند، برخوردار است (در سایه کنترل حرارتی و فضایی) وپس از آن وارد بدن مدل های انسانی خواهد شد. با ارتقای امکانات تصویربرداری پزشکی و عمیق و عمیقتر شدن در سطوح مولکولی، احتمالاً سعی و خطای آزمایشگاهی پیش بالینی قبل از مطالعات نمونههای انسانی شتاب می گیرد.

2-2-3 -افق توسعه کاربردها

تصویربرداری مولکولی/ فتونیک بخش پزشکی را با تجهیزات به روشهای جدید تشخیص و درمان بیماریهای گوناگون عمل خواهند کردکه طیف وسیعی از عوامل 20 در دهه آتی متحول خواهد کرد0 نانوذرات به عنوان جایگاه هایی قالبی هدفگیری معین و بسیار حساس را میتوانند ایجاد کنند و این میتواند به تغییرات بنیادی و انقلابی در زمینههای مهم و بیماریهای احیاناپذیری نورونی 21 اجتماعی مانند دردهای مزمن، جنون، افسردگی، دیابت، بیماری سیستم خودایمنی بیانجامد. با این حال به نظر میرسد، سرطان به طور خاص و بیماریهای قلبی/عروقی وعفونتهای ویروسی در این زمینه در موقعیت بهتری در بهرهگیری بیشتر از این فناوریها قرار دارند. بر اساس نظر متخصصان مورد سؤال در پنل دلفی ، هدفگیری نانوذرات و به علاوه، تصویربرداری مولکولی و بیوفوتونیک در سال 2015 به قدر کافی مورد سرمایهگذاری قرار خواهد گرفت، به گونه ای که درمان دینامیک تصویری (PDT )که هماکنون به نظر میرسد در فاز تحقیق و توسعه کاربردی باشد در آن زمان وارد کاربرد انبوه خواهد شد. انتظار میرود که در آن زمان انتقال مستقیم از میان موانع زیستی در مرحله کاربردهای اولیه باشد. از آنجا که انتقال کم و بیش به صورت غیرفعال صورت میپذیرد ، واضح است که تلاش بسیار بیشتری بایستی جهت ارتقاء به حالت فعال و فرآیندهای انتقال هدفمند صورت گیرد. انبارسازی دارو و حفاظت دارویی در حین انتقال، مشکلات عمدهای دارد ولی در سال 2015 این کاربری به کاربرد انبوه و عمده خود نزدیک میشود و به همراه درمان هدفگرا چنانچه در نقشه راه قبلی نشان داده شد با هم پیشرفت خواهند نمود. دیاگرام زیر اهمیت نسبی خواص نانوذرات در تصویربرداری مولکولی و فتونیک و شکل تغییرات آنها را از اکنون تا سال 2015 جهت ارایه یک دید کلی از مراحل مختلف پیشرفت کار نشان میدهد.

2-2-4 -چالشها، موانع، گلوگاهها

فناوری نانو به کاررفته در تصویربرداری مولکولی یک فناوری نسبتاً نوپاست0 به این معنی که چالشهای بسیاری در دهه آتی باید مورد بررسی و اقدام قرار گیرند. برخی از آنها در پاراگراف قبلی توضیح داده شد، اما فهرست کلی طولانیتر میباشد. توسعه فناوریهای تصویربرداری از بدن موجود زنده با وضوح بالا و بدون خطر چالشهای چندی را در بردارد. فناوری نانو در تصویربرداری مولکولی درون بدن، در واقع مسایل و مشکلات عملی و تئوری بیشتری نسبت به محیط تشخیص در کشت سلولی و تلاشهای آزمایشگاهی دارد. پروبها در وهله اول باید از نظر زیستی سازگار باشند اما باید بر موانع بیشتری برای تحویل درست غلبه شود. راهبردهای اطمینان از آزمایشهای درون بدن موجود زنده باید توسعه داده شوند. حساسیت اندازهگیری و درنتیجه تصویربرداری باید به منظور تشخیص حداقل غلظتها افزایش یابند(در حوزه پیکو تا نانومولکولی) و پروبهای عملکننده خاص که به حل دارو میپردازند و واسطههای افزاینده وضوح تصویر باید ارتقا یابند. به نظر متخصصان آثار جانبی منفی احتمالی نانوذرات موجود هم یک گلوگاه وهم یک چالش (مثلاً آثار مسمومیت سلولی)محسوب میشوند که این امر با کمبود نانوذرات مناسب برای حل مشکل موجود، توزیع واسطهای وضوح و نانوذرات لازم برای عاملهای تصویربرداری مناسب ادامه مییابد. سودآوری پایین تصویر برداری مولکولی و درمانهای متعاقب آن به خاطر فرآیند تحقیق و توسعه طولانی و پرهزینه به عنوان مشکلی است که هنگام ورود به چالشهای اقتصادی باید درنظرگرفته شده شود درحالیکه چالشهای مهم اقتصادی دیگر نیاز به فرآیندهای تولید کوتاه و روالهای اخذ تأیید سادهتری دارند. همچنین اگر اجزاء اصلی مشخص شده مناسب و شناخته شده (مانند نانوذرات برای وضوح بیشتر واسط) کاربردی شوند، قوانین فعلی در واقع به مجوزهای تولیدی کاملا" جدیدی نیازمندند. این به آن معنی است که کل فرآیند، شامل هر یک ازمرحلهها باید یک فرایند طولانی و وقتگیر تاییدیه را پشت سر گذارد حتی اگر تولید به مرحله کاربردیسازی نهایی نرسیده باشد. از سازمان ارزیابی دارویی اروپاEMEA (درخواست شده است تا فرآیندهای تاییدیه سادهتر شوند.

2-3 -زیست تراشهها/غربالگری با حجم ورودی بالا /قطعات آزمایشگاه روی تراشه

 موضوع شرح- 1-3-2

زیستتراشهها، چنانچه به طور کامل شرح داده شد، یک جایگاه فناوری هستند که شامل کوچکسازی طیف وسیعی از زیر لایههای بیولوژیکی و رسوبدهی آنها روی زیرلایههای تراشه گونه کامپیوتری برای آنالیز حجم ورودی بالاست. این آماده سازی هم به تکنیکهای سنتی و هم به فنا وریهای میکرولیتوگرافی ومیکرو آرایهسازی جدید تکیه دارد. ) بیشترین کارایی را در زمینه تحقیقات بنیادی به 24 و سنتز درجا 23) نقطه گذاری 22 تاکنون فناوری میکروآرایه کردن عنوان فنی برای ایجاد فرضیات داشته است. مطالعات با استفاده از میکروآرایهها جهت ارتقای درک از فرآیندهای بیماری و به منظور شتاب دادن به دستآوردهای علمی حول فرآیندها، ابزاری ضروری برای مواد دارویی بالینی برای تشخیص طیف وسیعی از بیماریها خواهد بود، که باز تولیدپذیری، هزینه کمتر و سرعت را در پی خواهد داشت. این روشها همچنین نوید بخش زمینههایی جدید برای غربالگرِی توسعه دارو هستند. مثالهایی از این کاربرد، پیش فروش بالایی از محصولات داشتهاند و انتظار میرود این بخش تجارتی بسیار قابل توجه داشته باشد. فناوری نانو به تولید قطعات زیستتراشههای پیشرفته منجر خواهد شد، مانند قطعات آزمایشگاه روی قطعه با هوشمندی الکترونیکی مکانیکی و بخش درونی نانو اپتیکی که قادر به واکنش دادن، جدا کردن و آشکارسازی روی یک جایگاه واحد هستند. کاربرد فناوری نانوما را قادر به فرآیندهای تولیدی کاملاً جدیدی با آرایشی پایین به بالا از ساختارها در سطح مولکولی برای عملی کردن سیستمهای تشخیصی بسیار کوچکسازی شده می سازد.

2-3-2 -خواص و کاربردها

بسیاری از سیستمهایی را که هماکنون درتحقیقات زیست پزشکی به کار میروند، را نمیتوان به عنوان ابزار یا قطعات نانو زیست فناوری طبقهبندی کرد چرا که آنها نه دارای ساختاری نانومقیاس هستند و نه فناوری نانو در سیستمهای تشخیصی آنها به کار گرفته شده است. با این حال چند رهیافت جهت ارتقای جایگاههای تراشهای کنونی یا به منظور به کارگیری آنها در کاربرد هایی مشخص از طریق نانو فناوری وجود دارند. انتظار میرود نقش فناورینانو در ارتقای فناوری زیستتراشهها حیاتی باشد، چرا که روشهای جدیدی برای طراحی و تولید ساختارهای زیستتراشه، برای پوششدهی سطوح و برای تولید زیربنای قطعات کوچک ارایه میدهد. علاوه بر آنکه دانش اپتیک در مقیاس نانو، مطالعه خواصی جمعی و فردی ذرات متلالو(لومینسانت) (مثل مولکولا، ذرات کوانتومی) را تسهیل میکند. امتیازاتی که از فناورینانو به دست میآید در مقایسه با فناوریهای موجود یا جایگزین، دارای هزینههای کمتر، عملکرد بهتر قطعات و قابلیت اعتماد و کوچک سازی بسیار زیاد خواهد بود. خصوصیات دیگر شامل توان افزایش حساسیت، سازگاری زیستی بهتر تجهیزات، کاهش مصرف انرژی واکنش ها، تشخیص و شناسایی های منحصر به فرد را ممکن می سازد. نانومواد جدید که در میان آنها مواد مبتنی بر پروتئین سازگار شونده قابل برنامهریزی نیز یافت میشوند، پایهای را برای شکلهای جدیدی از اندازهگیریهای حساس مقادیر بسیار اندک از مولکولهای مهم، مانند انتقالدهندههای نورونی کربوهیدرات ها، آلایندهها یا پروتئینها تشکیل خواهند داد. فیلمهای نازک، سطوح و لایهها و در ردههای بعدی که زیستپلیمرها و نانوذرات توسط متخصصان به عنوان نانوموادی که بیشترین کاربرد را در قطعاتشان داشتهاند نام برده شدند، درحالیکه درختسانها، نانولولههای کربنی، نانوکامپوزیتها، مواد نانوحفرهای به علاوه نانوساختارهای الکترودی در مقیاس کمتری مورد استفاده قرارمیگیرند. اکثریت بالای متخصصان (دو سوم) بیان داشتند که تقاضای آتی در این بخش نیاز به تأکید بیشتری روی زیست حسگرهای قابل کاشت و فردی کردن درمانها خواهد داشت. هر دو زمینه نیازمند نوآوریها و ارتقای قطعات زیست تراشه موجود برای زیست سازگاری، دقت بیشتر و قابلیت اعتمادپذیری بالاتر هستند. داروهای آینده لازم است تا قابل پیشبینی تر باشند. به علاوه دانش عمیق از فرآیندهای پیچیده سلولی میتواند بر آزمایش ژنتیک اشخاص برای پیشبینی آسیبپذیری افراد در برابربیماریهای آینده تأثیر گذارد. انتظار میرود فناورینانو راه حلی برای این مسایل بیابد و حجم وسیعی از زیست تراشهها که از طیف وسیعی از روشهای تشخیص ممکن، همچون، ترانزیستورهای اثر میدانی، سیستمهای، میکروالکترومکانیکی (MEMS )روشهای قطعات حرارتی یا نوری و طیف نگاری جرمی یا نشانگذاری رادیویی مشتق میشوند را توسعه داده، دامنه کاربردها را  افزایش خواهد داد.