تعریف ریز ارایه Microarray
بطور ساده ریز ارایه عبارت است از فناوری بررسی فعالیت ده ها، صدها و هزاران ژن و یا پروتئین در یک سطح کوچک ( یک لام میکروسکوپی و یا یک ریز ارایه در حد چند سانتی متر مربع) جهت مقایسه، مشابهت و یا بررسی تغییرات شامل، تغییر، کاهش ، افزایش و یا عدم تغییر در ساختار و فعالیت ژن ها و یا پروتئین های نمونه با نمونه های شاهد.
حاصل این بررسی ارزش بسیاری در تشخیص، تفکیک و ژنوتایپ عوامل عفونی؛ تغییرات مولکولی سلول ها و بافت ها و شناسایی عوامل مولکولی تغییر یافته در یک سلول، بافت و ارگان اسیب دیده با نمونه سالم و در نهایت استفاده گسترده از این فناوری در تحقیق ، توسعه، پیشگیری ، تشخیص و درمان را عملی می سازد.
در واقع فناوری ریز ارایه نه تنها تحول بزرگی را در بهداشت و درمان ایجاد خواهد نمود بلکه در دهه اینده شاهد وارد شدن ان به بازار و کاربردهای گسترده در ازمایشگاه های تحقیقاتی و تشخیصی پزشکی خواهیم بود.
بطور کلی کشفیات زیست شناسی نوین در چند عرصه مهم پزشکی نقش دارد :
1- شناسایی جنبه های مولکولی بیماری ها، عوامل بیماریزا، علل آسیب ها و عوارض توسط عوامل مختلف ژنتیکی و محیطی
2- کشف ژنها و فرایندهای پیچیده دخیل در سلامت و بیماری
3- تشخیص های مولکولی و سریع بیماریها
4- تهیه دراوهای نوین
5- پیشگیری از ابتلا به بیماریها
6- روشهای نوین درمان بیماریها
7- یادگیری از فرایندهای زیستی برای کاربرد های صنعتی در ساخت سلولها، بافتها، اندام ها و وسایل کمک پزشکی جدید منطبق با طبیعت انسان و محیط
در دو دهه گذشته تحولات گسترده ای با تلفیق علوم و فناوری های مختلف ذکر شده در فوق صورت گرفته که بطور کلی در سه عرصه : زیستی، مهندسی و فناوری اطلاعات جهت تکمیل دستگاه ها و روش ها ی بسیار دقیق، کوچک، سریع و جامع برای کمک به محققین علوم پایه زیستی و بالینی در درک صحیح فیزیولوژی انسان، و کشف تغییرات مولکولی منجر به اسیب های پزشکی در اثر عوامل مختلف صورت گرفته است.
فناوری های موثر:
ایجاد یک فناوری گسترده و کاربردی مراحل مختلفی را طی می کند تا به کاربرد عمومی برسد.
اولین مرحله در این تحقیقات در سطح علوم پایه صورت می گیرد ، نتایج تحقیقات پایه در سطح توسعه ای منجر به برسی کاربدهای ان در سطح محدود می گردد و پس از تکمیل مراحل توسعه ای و رفع مشکلات به مرحله صنعتی می رسد .
در 50 سال گذشته کشف اصول اساسی زیست شناسی مولکولی ، کشف مواد و عناصر اساسی درون سلولی مانند RNA, DNA پروتئین ها، انزیم ها، هرمن ها ،فاکتورهای رشد سلولی و فرایندهای تکثیر، ترجمه توسعه سلول ها و بافت ها نقش عمده ای در بهره برداری از انها در توسعه فناوری های نوین کاربردی پزشکی داشته است.
کشف DNA و انزیم های موثر در تکثیر و ترجمه ان نقش بسیار مهمی در توسعه فناوری های تشخیص مولکولی بیماریها داشته است و در پی ان با توانایی تعیین ردیف ژنها روشهای توانمندی چون نقشه برداری ژنی ، تعیین موتاسیون، بررسی ساختار ژنها و پروتئین ها عملی گردید.
در مرحله بعد روش های تکثیر ژن در لوله ازمایش منجر به توسعه فناوری واکنش زنجیره ای تکثیر ژن در لوله آزمایش موسوم به PCR و توسعه کاربردهای آن در تمام بخش های تحقیق و کاربردهای تشخیصی بالینی بعنوان فناوری غالب در ده سال گذشته تبدیل شده است.
علل نیاز فناوری ریز آرایه:
تا کنون برای مطالعه خواص، فعالیت و نقش ژن ها و پروتئین ها و کشف فرایند های مولکولی درون سلول ها و بافت ها و همچنین جنبه های مولکولی بیمارها و لسیب های زیستی اکثرا یک ژن و یا حداکثر چند ژن یا پروتئین بطور خاص و جداگانه مورد بررسی و مظالعه قرار می گرفت.
این روش ها شامل PCR و انواع روش های استفاده از نشانگر ها، بلاتینگ موسوم به وسترن بلات، نورترن بلات و ساترن بلات و همچنین بررسی القا و فعالیت متفاوت ژن ها و پروتئین ها و بسیاری از فنون دیگر صورت می گرفت ولی بررسی همزمان هزاران ژن و پروتئین بسیار دشوار بود.
پس از خاتمه طرح ژنوم انسانی و تعیین ردیف کامل ژنوم انسان که شامل 3 میلیارد نوکلئوتید ( واحد تشکیل دهنده ژن) که در واقع حدود 30 هزار ژن را رمز می نمود و مطالعه این اطلاعات مشخص شد که مطالعه یک ژن و یا یک پروتئین و کشف یک فرایند بطور جداگانه کمک بسیاری به حل مشکل نمی کند زیرا فراین های زیستی بسیار پیچیده است و گاهی ده ها و صدها ژن در بروز یک فعالیت نقش دارند.
بنابر این با کشف ارتباط بسیار پیچیده بین مولکول های زیستی و شیکه ای از زایند ها در ایجاد یک اسیب و یا بروز یک فعالیت مشخص شد که تنها راه امکان بررسی ده ها، صدها و بلکه هزاران ژن و پروتئین در سلول سالم و مقایسه ان با سلول اسیب دیده میتواند دانشمندان را در یافتن پاسخ مناسب و درک صحیح از علل بروز عارضه و اسیب و در نهایت تشخیص صحیح و در نتیجه درمان مناسب راهمنمایی نماید.
در همین مسیر فناوری های ژنومیک و پروتئومیک کمک بسیاری جهت بررسی فعالیت و تغییرات مجموعه ژن ها و پروتئین ها نمود که هنوز نیز بعنوان روش های مفید استفاده می شود.
ولی با توسعه این روش ها و اطلاع از کاستی های انها به علوم و فناوری های جدیدی نیاز بود که بتواند همزمان کاهش ، افزایش و عدم فعالیت ده ها ، صدها و هزاران ژن و یا پروتئین را بررسی و گزارش نماید
این فناوری با ترکیبی از چندین عام و فناوری حاصل شد و ان تهیه ریز ارایه ها و یا میکروآری بود
برای ایجاد این فناوری نیاز به زیر ساخت ها و علومی بود تا با جمع نها بتوان اسن فناوری را کاربردی نمود. این تحولات مهم که زمینه را جهت توسعه فناوری ریز ارایه یا میکروآری فراهم ساخت شامل موارد زیر است :
تکمیل و توسعه فرایند سنتز شیمییایی قطعات کوچک DNA موسوم به پروب ها،
توان بررسی کیفی القا ژن ها در سلول ها و بافت ها
توان بررسی تفاوت القا ژن ها در سلول ها و بافت های مختلف موسوم به Differntial display
تهیه انوع مولکول های رنگی جهت اتصال به ساختارهای زیستی و فناوری اتصال انها
اتصال رنگ های فلورسانت با رنگهای مختلف به پروب ها
امکان تهیه کتابخانه های ژنی و cDNA
توسعه فناوری میکروالکترونیک در کوچک شدن قطعات
توسعه و افزایش دقیت فناوری روبوتیک در انجام فرایندهای ازمایشگاهی
توسعه فناوری میکروفلوئیدیک در نقل و انتقال مایعات در حجم های بسیار کوچک در لوله های موئینه
تکمیل و توسعه فناوری اطلاعات در افزایش دقت کار روبوت ها، دریافت و انالیز اطلاعات تصویری، ژنتیکی و پروتئینی و افزایش سرعت نجهیزات تشخیصی بدون نیاز به دخالت انسان ( نرم افزارهای هوشمند)
افزایش دقت و توان روشها شیمیایی و بیوشیمیایی اتصال مولکول های زیستی به سطوح سخت
بهره برداری از فناوری نانو جهت ساخت تجهیزات بسیار کوچک جهت انتقال و اتصال ذرات زیستی به سطوح سخت در مقیاس های بسیار کوچک و دقیق
توسعه مهندسی پزشکی و ساخت ابزارهای دقیق