Biosensors and Microarray based diagnostics Lecture 5 PDF
Document Details
Uploaded by WorkablePelican7677
Ain Shams University
Tags
Related
Summary
This document is a lecture on biosensors and microarray-based diagnostics, covering topics like microarray technique, gene expression profiling, and different types of techniques used in molecular diagnostics. It's given at Ain Shams University.
Full Transcript
المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics )313 التشخيص الجزيئي والعالج الجيني (و ر ث Microarray and Biosensors based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعا...
المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics )313 التشخيص الجزيئي والعالج الجيني (و ر ث Microarray and Biosensors based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics Types of techniques used in molecular Diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics هي عبارة عن تقنية تستخدم لدراسة التعبير الجيني لعدد كبير الجينات في خاليا معينة ( معرفة هل الجين المستهدف يعبر عنه داخل الخلية المراد دراستها أم ال ). الخاليا الطبيعية تمتلك جينات Tumor suppressor genesوهئ الجينات المسئولة عن وقف الخاليا الطبيعية من االنقسامات المستمرة فتحميها من التحول من خاليا طبيعية الي خاليا سرطانية. بالتالي نجد أن التعبير الجيني لهذه الجينات ( Tumor suppressor ) genesفي الخاليا الطبيعية هيكون عالي جدا ومن خالل تقنية نستطيع دراسة التعبير الجيني لهذه الجينات وغيرها من الجينات. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics تقنية رقائق الحمض النووي الدقيقة Microarray technique شكل الشريحة المستخدمة في الـ Microarray عبارة عن شريحة حجمها صغيرجدا من خاللها نستطيع دراسة التعبير لبعض الجينات في العينة المستخدمة. تتكون من سطح صلب متكون من بعض الحفر والتي تسمي Spots كل spotمسئولة عن دراسة جين واحد فقط في العينة. يتم تصنيع oligonucleotideوهو عبارة عن تتابع من يتكون من 100 nucleotide10-والذي يكون مسئول عن دراسة جين واحد فقط وبالتالي كل Spotهيكون بها unique DNA sequenceيكون مسئول عن دراسة جين معين. كل spotيوضع بها oligonucleotideأو probeالمسئول عن دراسة الجين المستهدف في العينة وبما أنه يوجد األألف من الـ Spotكل منهما يحتوي على probeمختلف بالتالي تسطيع دراسة األألف الجينات في نفس الوقت. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics تقنية رقائق الحمض النووي الدقيقة Microarray technique المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics تقنية رقائق الحمض النووي الدقيقة Microarray technique شكل الشريحة DNA chipالتي يتم عليها تفاعل الـ Microarray يعتمد أساس هذه التقنية على عملية Hybridizationأو الـ binding الذي يتم مابين الـ probeالموجود داخل الـ spotومابين الـ DNA المكمل له والموجود في العينة. قوة اإلشارة أو قوة اللون يعتمد على كمية الـ bindingأو Hybridizationمابين الـ probeالموجود داخل الـ spotومابين الـ cDNAأو الجين المستهدف دراسته في العينة. كلما كانت االشارة عالية أو اللون عالي فهذا يدل على أن التعبيرالجيني لهذا الجين عالي. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics شكل يوضح خطوات ال Microarray DNA المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics Gene Expression Profiling. Protein Microarrays. CGH Microarrays. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics يتم فيها دراسة التعبير الجيني لجينات معينة في نسيج معين لمعرفة ماهي الجينات التي تعمل في هذا النسيج ومعدل التعبير الجيني لهذه الجينات. ويتم ذلك عن طريق-: ✓ عزل جزيئات الـ mRNAالمنتجة من النسيج المستهدف. ✓تحويله إلى cDNAالمكمل للـ .mRNA المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics ✓يتم وضع قطع الـ cDNAالمعلمة على الشريحة الخاصة بـ Microarrays ✓ثم يتم تحديد أي من الجينات تم التعبير عنها في هذه العينة عن طريق مالحظة أي من قطع الـ cDNAالمعلمة حدث لها hybridizationأو اتحدت مع الجزء المكمل لها وأعطت نتيجة إيجابية (أعطت وميض فلوروسنتي). المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics الغرض منها تحديد البروتينات التي يتم ترجمتها في العينة المستهدفة عن طريق تهجين البروتينات الكلية المستخلصة من العينة والمعلمة بصبغة فلوروسنتية على الشريحة. شريحة المصفوفة الدقيقة تكون محتوية على األجسام المضادة للبروتينات المراد الكشف عنها. ترتبط البروتينات المستهدفة بهذه األجسام المضادة بعد عمل التهجين. تظهر النتيجة اإليجابية عن طريق الضؤء الفلوروسنيتي. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics الهدف منه مقارنة بين التعبير الجيني لجينومات مختلفة. يتم عمل شريحة المصفوفة الدقيقة لجينوم الكائن نعزل الـ mRNAمن الجينومين ويتم تحويلهم الى cDNA ويتم تعليمهم بصبغات فلوروسنتية ذات الوان مختلفة يتم خلط cDNAالخاص بالعينات مع بعضها ثم عمل تهجين مع الشريحة الوميض الفلوروسنتي دليل على حدوث Hybridization المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics الهدف منه مقارنة بين التعبير الجيني لجينومات مختلفة. يتم عمل شريحة المصفوفة الدقيقة لجينوم الكائن نعزل الـ mRNAمن الجينومين ويتم تحويلهم الى cDNA ويتم تعليمهم بصبغات فلوروسنتية ذات الوان مختلفة يتم خلط cDNAالخاص بالعينات مع بعضها ثم عمل تهجين مع الشريحة الوميض الفلوروسنتي دليل على حدوث Hybridization المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics العيوب المميزات تتميز هذه التقنية بأنها تمكن العلماء التكلفة العالية حيث أن تصنيع الـ من دراسة األألف الجينات في نفس DNA chipيكون مرتفع الثمن. الوقت ألن الشريحة بها عدد كبير من الـ spotوكل منها يستخدم لدراسة جين واحد وبالتالي توفير الكثير من إذا كانت كمية النتائج كبيرة نحتاج إلى وقت كبير جدا لتحليل الـ الوقت. DATAوعمل Analysisلها. سريعة في العمل. سهولة الحصول عللى النتائج. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المستشعر الحيوي Biosensor مكان قراءة النتيجة يعد التشخيص السريع والدقيق لألمراض المعدية التي تسببها مسببات األمراض المختلفة ،وبدء العالج المناسب مكان وضع العينة في الوقت المناسب من المحددات الهامة التي تساعد على سرعة الشفاء. الطرق التقليدية لتشخيص األمراض المعدية في المختبرات تستغرق وقتًا طويالً وتتطلب مختبرات مركزية وموظفين ذوي خبرة ومعدات ضخمة. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المستشعر الحيوي Biosensor المستشعرات الحيوية-: ✓ هي عبارة عن أجهزة تحليلية تستخدم للكشف عن مادة تحليلية أو كيميائية معينة عن طريق توليد إشارات معينة. ✓حيث يتم تحويل التفاعل البيوكيميائى إلي إشارات يسهل قياسها. ✓ هذه اإلشارات تتناسب مع تركيز المادة التحليلية في التفاعل. ✓تم تطوير أول جهاز استشعار حيوي حقيقي بواسطة العالم Clarkألول مرة عام 1956 المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المستشعر الحيوي Biosensor أهمية المستشعر الحيوي-: تحديد وجود أو تركيز أو نشاط المادة التحليلية المراد الكشف عنها. ❑تستخدم هذه المستشعرات على نطاق واسع في المجاالت الطبية والبيئية والصناعية وغيرها من المجاالت. ❑أصبحت المستشعرات الحيوية خطوة إلى األمام في تطوير أجهزة رخيصة وسريعة وحساسة للتشخيص. ❑ تسمح المستشعرات الحيوية بالكشف الدقيق عن المادة الحيوية المستهدفة من العينات البيولوجية ،وتحويل وجود المادة التحليلية المحددة في العينة إلى قراءة قابلة للقياس كميًا ،مثل إشارة ضوئية أو قياس لوني أو كهروكيميائي ،اعتمادًا على طبيعة وتركيب جهاز االستشعار. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مكونات المستشعر الحيوي تتكون المستشعرات الحيوية من-: -:Analyte (1المادة التحليلية الحيوية ✓ المادة المراد الكشف عنها ،على سبيل المثال ،الجلوكوز يعتبر مادة تحليلية في جهاز اإلستشعار الحيوي للكشف عن نسبة السكر في الدم. -: Bioreceptor )2المستقبالت الحيوية ✓ هو عبارة عن الجزئ الذي يتعرف على المادة التحليلية على وجه التحديد ( )Specificallyمثل اإلنزيمات أو األجسام المضادة أو الهرمونات. ✓ تفاعل وارتباط المستقبالت الحيوية مع المادة التحليلية يسمى التعرف الحيوي أو البيولوجي Bio-recognition -:Transducer )3المحول ✓ وهوالعنصر الذي يحول أحد أشكال الطاقة إلى شكل آخر. ✓ يتمثل دور المحول في تحويل حدث التعرف البيولوجي إلى إشارة قابلة للقياس. ✓ تُعرف عملية تحويل الطاقة هذه باإلشارة . Signalisation ✓ هذه اإلشارة قد تكون ). (In the form of light, heat, pH, charge or mass change, etc. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مكونات المستشعر الحيوي Electronics )4 -:اإللكترونيات ✓وهي الجزء الذي يقوم بمعالجة اإلشارة المحولة وتجهيزها للعرض. ✓ يتكون من دوائر إلكترونية معقدة تقوم بتهيئة اإلشارة مثل تضخيم اإلشارات وتحويلها من الشكل المتكون إلى الشكل الرقمي ،ثم يتم قياس اإلشارات المعالجة كميا ً بواسطة وحدة عرض جهاز االستشعار الحيوي. )5 -: Displayالعرض ✓ويتم فيه تفسير وعرض النتائج بشكل بسيط حتى يسهل على المستخدم فهمها ✓يمكن أن يكون عرض النتائج على الشاشة في صورة رقمية أو رسومية أو جدولية أو صورة ،حسب الجهاز المستخدم والغرض منه. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مكونات المستشعر الحيوي المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مكونات المستشعر الحيوي رسم تخطيطي يوضح المبدأ العام لعمل أجهزة اإلستشعار الحيوي يتم وضع العنصر البيولوجي أو الحيوي على السطح الذي سيتم عليه التفاعل. عند وجودة المادة المستهدفة ( )Target analyteيتم ارتباطها بعنصر التعرف الحيوي (.)Biorecognition element يقوم المحول Transducerبتحويل هذا اإلرتباط الحيوي إلى اشارة يمكن قياسها. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics أنواع المستشعرات الحيوية Types of biosensors المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المستشعر الحيوي Biosensor حاليا تعتبر أجهزة االستشعار الحيوية منتشرة في كل مكان في مجاالت الرعاية الصحية المختلفة. تعتبراختبارات الحمل المنزلية وأجهزة قياس السكر من أهم األمثلة ألجهزة اإلستشعار الحيوية الناجحة للغاية. المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مكان قراءة النتيجة مكان وضع العينة المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics Test line خط االختبار Sample well مكان وضع العينة المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics يتم االختبار في وقت قصير ( )10- 5دقائق عدة خطوط خط واحد نتيجة ايجابية نتيجة سلبية المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics تمثيل تخطيطي للمكونات الرئيسية وطريقة عمل جهاز استشعار مناعى المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مميزات المستشعر البيولوجي يتميز المستشعر الحيوي ببعض المميزات مقارنة بالطرق التحليلية اإلخري-: Selectivity )1اإلنتقائية وهي أهم ميزة لجهاز االستشعار الحيوي ،وهي قدرة المستقبل الحيوي على اكتشاف مادة تحليلية معينة في عينة تحتوي على مواد أخري غير المادة المراد الكشف عنها. Reproducibility)2التكرارية هي قدرة المستشعر على إعطاء نتائج متشابهة في كل مرة يتم فيها قياس العينة. Stability )3الثبات حيث تكون هذه األجهزة على درجة من الثبات أمام المؤثرات الخارجية مما يضمن قراءة صحيحة للعينة. )4يتم الكشف عن النتيجة في نفس وقت اجراء التحليل .Real time المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics مميزات المستشعر الحيوي Sensitivity )5الحساسية العالية. تعتبر الحساسية خاصية مهمة لجهاز االستشعار الحيوي حيث يتم استخدام كمية قليلة من المادة التحليلية والتي يمكن رصدها بالـ ▪ Biosencerوهذا يوضح قدرته على الكشف وحساسيتة العالية. Linearity )6اإلستجابة الخطية مع التركيز وهي الميزة التي تؤكد دقة القياسات الناتجة لمجموعة من العينات مختلفة التركيز من نفس المادة التحليلية . ▪ ترتبط الخطية للمستشعر الحيوي بدقته . ▪ تعرف دقة المستشعر الحيوي على أنها أقل تغير في تركيز المادة التحليلية المطلوبة إلحداث تغيير في استجابة جهاز االستشعار الحيوي. ▪ ضا قياس تركيزات المادة التحليلية. معظم تطبيقات المستشعر الحيوي ال تتطلب فقط اكتشاف المادة التحليلية ولكن أي ً ▪ )9االستجابة السريعة )8قابلية التنقل Low cost )7التكلفة المنخفضة المحاضرة الخامسة التشخيص الجزيئي والعالج الجيني Biosensors and Microarray based diagnostics