فهرست مطالب

نشریه زیست فناوری دانشگاه تربیت مدرس
سال پانزدهم شماره 2 (پیاپی 41، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/04/12
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سیما سادات لاجوردی، عبدالله الله رودی*، سیده سمانه شجاعی لنگری صفحات 1-22

    سرطان یکی از شایع ترین علل مرگ و میر در جهان است. سرطان پستان فراوان ترین سرطان در بین زنان است و سالیانه باعث میزان بالایی از مرگ و میر می شود. معتبرترین و مطمئن ترین روش برای مدیریت موفق سرطان، تشخیص دقیق و زود هنگام است. در مقابل، عدم تشخیص به موقع منجر به گسترش سرطان در بدن می شود، در نتیجه درمان و کنترل آن را دشوار می نماید. روش استاندارد طلایی برای تشخیص سرطان پستان، بیوپسی است. به طور معمول از روش های دستی و بصری برای تشخیص سرطان استفاده می شود و پاتولوژیست اسلاید های هیستوپاتولوژی را زیر میکروسکوپ بررسی می نماید که این نوع تشخیص به زمان زیاد و تخصص بالایی احتیاج دارد و بسیار مستعد خطاست، به همین دلیل استفاده از سیستم تشخیص رایانه ای(CAD) برای کمک به پزشکان در جهت بهبود کارایی تفسیر تصاویر پزشکی ضروری است. در این مطالعه ما از مدل های یادگیری عمیق، خصوصا شبکه های عصبی کانولوشنی (CNNs) برای تشخیص سرطانی بودن یا نبودن تصاویر هیستوپاتولوژیک استفاده می کنیم. میزان  AUC، صحت و امتیاز F1  به دست آمده با استفاده از شبکه ی عصبی عمیق از پیش آموزش داده شده   Incetion-V3 به ترتیب برابر 36/98 % ، 28/95 % و 25/97 % است و همین پارامترها برای شبکه ی عصبی عمیق از پیش آموزش داده شده ی ResNet-18 برابر با 90/97 % ، 46/97 % و 22/98 % می باشد. مدل ارائه شده قادر است برای مورفولوژی های متفاوت بافت پستان، پاسخ قابل توجهی ارائه دهد.

    کلیدواژگان: سرطان پستان، تصاویر هیستوپاتولوژی، یادگیری عمیق، شبکه های عصبی کانولوشنی (Cnns)
  • ناهید بختیاری*، محسن واعظ صفحات 23-37

    باکتری اشرشیاکلی یکی از مهمترین میزبان های مورد استفاده برای تولید پروتئین نوترکیب می باشد. به عنوان مثال، بیشتر پروتئین های دارویی که توسط سازمان غذا و داروی  آمریکا جهت مصرف مورد تایید قرار گرفته اند در اشرشیاکلی تولید شده اند. یکی از مزیت هایی که این موجود را به یک کارخانه مناسب جهت تولید پروتئین های نوترکیب تبدیل کرده، شناخت کامل ماهیت زیستی آن می باشد. این امر سبب شده است که در سال های اخیر امکان ایجاد تغییرات جهت دار برای مبدل ساختن این کارخانه کوچک به سامانه ای هوشمند برای ساخت آسان تر انواع پروتئین های نوترکیب با ویژگی های گوناگون فراهم شود. به طوری که هم اکنون سویه های مهندسی شده ی مختلف و بسیار پرکاربردی برای تولید مقدار بالا و پایدار پروتئین های مورد نظر از سویه های والد و وحشی به دست آمده است که در آزمایشگاه و صنعت قابل استفاده می باشد. در این مقاله مروری ما به معرفی تعدادی از این سویه ها که پرکاربردتر هستند می پردازیم.

    کلیدواژگان: اشرشیاکلی، پروتئین نوترکیب، میزبان
  • افسانه احسان دوست، الناز تمجید* صفحات 38-74

    در سال های اخیر، تلاش های قابل توجهی بر پیشرفت مواد زیستی جدید مبتنی بر پلیمر طبیعی و استفاده از روش های کارآمد مانند مهندسی بافت پوست برای درمان زخم متمرکز شده است. در این مطالعه، یک داربست پلی کاپرولاکتون چاپ سه بعدی پوشش‎دهی شده از طریق غوطه وری در یک ترکیب 1:4 از فیبروئین ابریشم 40 درصد استخراج شده از پیله های کرم ابریشم بومبیکس موری و نانوسلولز اکسید شده با تمپو پوشش داده شده، ساخته شد. اندازه منافذ و تخلخل به ترتیب 180 میکرومتر و 85 درصد بود. نتایج افزایش جذب تراوه (تورم و جذب آب به ترتیب 1342 و 80 درصد)، بهبود مدول ذخیره سازی (G’) از 500 به 4000 پاسکال، و همچنین گران روی کشسانی تا 60 درصد نشان دهنده خواص مطلوب این ساختار برای کاربردهای پانسمان زخم است. علاوه بر این، مطالعات ترشوندگی و زیست تخریب پذیری افزایش کلی زاویه تماس و نرخ تخریب را به ترتیب 3±9/19 درجه و 95٪ نشان داد. مطالعات زنده مانی و مهاجرت سلولی بر روی سلول های فیبروبلاست (929L) با استفاده از روش MTT، رنگ آمیزی داپی/ فالوئیدین و آزمایش خراش، به ترتیب بیش از 90 درصد زنده مانی تا 7 روز و ترمیم کامل خراش در 24 ساعت را نشان داد. این یافته ها نشان می دهد که داربست های پلی کاپرولاکتون پرینت شده سه بعدی که با فیبروئین ابریشم و نانوسلولز اکسید شده پوشش دهی شده اند، برای کاربردهای بهبود زخم امیدبخش بوده و ممکن است راه را برای پانسمان های زخم بر پایه پلیمر طبیعی هموار کنند.

    کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، پلی کاپرولاکتون، فیبروئین ابریشم، نانوسلولز اکسید شده، زخم پوش، گران روی کشسانی، زنده مانی، مهاجرت سلولی
  • فرشته علیزاده، سارا دانشجو* صفحات 73-98

    تضمین امنیت غذایی در کشورهای در حال توسعه به دلیل بازده پایین بخش کشاورزی، تخریب منابع طبیعی، تلفات محصول، ارزش افزوده اندک و رشد بالای جمعیت بسیار چالش برانگیز است لذا محققان در تلاش هستند تا فناوری های جدیدتری را برای افزایش عرضه محصولات کشاورزی اتخاذ کنند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است. نانو فناوری، علم تولید، ساخت و به کارگیری مواد در سطوح اتمی و مولکولی است و می تواند با کمک ابزارهای جدید صنایع مختلفی از جمله صنعت کشاورزی را دگرگون کند. نانوفناوری با به کارگیری موادجدید مانند نانوکودها، نانوعلف کش ها، نانوآفت کش ها و... سبب تقویت خاک و افزایش رشد گیاهان می شود و به کمک ابزارهای جدید مانند نانوحسگرها و سیستم های رسانش هوشمند، به موقع عوامل بیماری زا را در گیاهان شناسایی می کند. به همین دلایل نانوفناوری می تواند یک راه امیدوارکننده برای افزایش بهره وری محصولات در حوزه کشاورزی باشد.

    کلیدواژگان: کشاورزی، نانوآفت کش، نانوحشره کش، نانوقارچ کش، نانوعلف کش، نانوفناوری
  • زهرا نعمه عباس، هناء ناجی عبدالله، بیژن رنجبر* صفحات 99-108

    در این مطالعه 50 نمونه استافیلوکوکوس اورئوس از بیمارستان بغداد جمع آوری و موردبررسی قرار گرفت، 17 نمونه آلوده به استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین (MRSA) و 5 نمونه آلوده به استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به ونکومایسین (VRSA) بودند. حساسیت جدایه ها در برابر عوامل ضد میکروبی مختلف با استفاده از سیستم استاندارد VITEK2 ارزیابی شد. با توجه به CLSI، مقادیر حداقل غلظت بازدارنده (MIC) نقاط کوانتومی اکسید روی نیز با روش رقت مولر-هینتون مورد آزمایش قرار گرفت. علاوه بر این، واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) برای شناسایی ژن های vanA و mecA انجام شد. اثرات ضد باکتریایی نقاط کوانتومی اکسید روی بر روی VRSA بیشتر از جدایه های MRSA بود.

    کلیدواژگان: استافیلوکوکوس اورئوس، ژن Meca، ژن Vana، اکسید روی، نقاط کوانتومی
  • محمد ستاری*، بهنام حاجی پور، سامان حسینخانی، پرویز عبدالمالکی صفحات 100-115

    انتقال ژن با استفاده از نیروی  میدان مغناطیسی را به اصطلاح مگنتوفکشن می نامند. هدف از این مطالعه سنتز و مشخصه یابی نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4)  به عنوان هسته عامل انتقال دهنده و بررسی اثر میدان مغناطیسی متناوب بر بازده انتقال می باشد. به همین منظور، ابتدا نانو ذرات مغناطیسی (MNP) به روش هم رسوبی سنتز شد. با استفاده از مغناطیس سنج نمونه لرزان (VSM)  خاصیت مغناطیسی ذارت سنتز شده بررسی شد، و با استفاده از  میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، پراکندگی دینامیکی نور (DLS)،  ویژگی های ظاهری، و پتانسیل زتای ذرات سنتز شده مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس  با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی (MNP)، پلیمر پلی اتیلن ایمین (PEI) و DNA  پلاسمیدی حاوی ژن گزارشگر لوسیفراز (pDNA) کمپلکس دوتایی PEI-pDNA و کمپلکس سه تایی MNP-PEI-pDNA  سنتز شدند کمپلکس های سنتز شده با استفاده DLS و تکنیک  تاخیر حرکت در ژل،مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج DLS و تکنیک  تاخیر حرکت در ژل،نشان داد که کمپلکس ها بار سطحی مناسبی دارند و پلی اتیلن ایمین به خوبی به pDNA  متصل شده،  و  بار منفی آن را خنثی کرده است. سپس رده های سلولی سرطان سینه انسانی (MCF-7) و سلول هایHek293T با استفاده از کمپلکس سه تایی در حضور میدان مغناطیسی متناوب 50 هرتز  ترنسفکت شدند. زنده مانی سلولی با استفاده از تست MTT  اندازه گیری شد.  نتایج به دست امده نشان داد که بازده انتقال در سلول هایی که با کمپلکس سه تایی در حضور میدان مغناطیسی متناوب  ترنسفکت شده بودند نسبت به گروه کنترل،  بدون هیچ گونه سمیت اضافی به طور معنی داری افزایش یافت (P ≤0.05).

    کلیدواژگان: مگنتوفکشن، نانوذرات مغناطیسی، میدان مغناطیسی متناوب50 هرتز، پلیمر پلی اتیلن ایمین
  • سمیه حیدریان، لعیا تکبیری*، شهره زارع کاریزی، جعفر امانی، صدیقه اربابیان صفحات 116-137

    ژن APC در ctDNA  به عنوان یک نشانگر زیستی بالقوه برای تشخیص سرطان پیشنهاد شده است. یک نانوحسگر زیستی مبتنی بر نانولوله کربنی چند دیواره (MWCNT) و پروب DNA دارای ماده فلوئوروفور FAM (6-carboxyfluorescein) برای تشخیص ژن APC در ctDNA  ، که برای شناسایی بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال CRC ساخته شده است. این روش مبتنی بر جذب  و تثبیت DNA تک رشته ای ssDNA نشاندار شده با FAM بر روی  MWCNT  است که منجر به خاموش شدن نشر فلورسانسی FAM می شود. با افزودن DNA مکمل آن cDNA ، که منجر به آزادسازی پروب DNA تک رشته ای ssDNA از سطح MWCNT شد و یکDNA دو رشته ای (dsDNA) تشکیل شد که منجر به بازگشت نشرفلورسانسی FAMگردید. در حالی که در مورد DNA غیرمکمل، dsDNA  مربوطه تشکیل نشد و بنابراین بازگشت نشرفلورسانسیFAM را نداشتیم. نتایج این مطالعه نشان داد که نانوحسگر زیستی مبتنی بر نانولوله های کربنی، علاوه بر روش های موجود، می تواند به عنوان یک روش با حساسیت بالا برای تشخیص زودهنگام CRC مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: بیوسنسور، نانوذرات کربنی، APC
  • مینا تقی زاده* صفحات 138-157

    پاتوژن های درون شیشه ای یکی از مهم ترین مشکلات در مراحل ریزازدیادی گیاهان می باشند، بنابراین مهمترین مرحله کشت درون شیشه ای گیاهان، گندزدایی است. در روش های متداول گندزدایی محیط کشت و مواد گیاهی از تجهیزاتی مانند اتوکلاو و مواد شیمیایی استفاده می شود که سبب طولانی شدن زمان این عملیات و افزایش هزینه ها می شود. این پژوهش با هدف بهینه کردن گندزدایی ریزنمونه های فلس پیاز زنبق با استفاده از اسانس های مختلف گیاهی (آویشن، زیره و مرزه) و روش های کاربرد اسانس به عنوان ماده گندزدا، کاربرد اسانس در محیط کشت و کاربرد اسانس به صورت تدخینی در قالب چهار آزمایش های مجزا انجام گرفت. کاربرد اسانس های آویشن، زیره و مرزه به طور کامل آلودگی های محیط کشت و همچنین آلودگی های ریزنمونه را مهار کرد. بهترین روش جهت گندزدایی زمانی بود که اسانس ها به صورت ترکیبی در محیط کشت استفاده گردید. در غلظت های 25/0 و 125/0 درصد اسانس آلودگی باکتری کنترل شد ولی در غلظت 25/0 منجر به کنترل بهتر آلودگی های قارچی ریزنمونه های فلسی زنبق شد. میزان قهوه ای شدن در روش کاربرد غلظت های 25/0 و 5/0 درصد اسانس در محیط کشت و در غلظت 125/0 درصد در تمام روش های کاربرد نسبت به شاهد کاهش قابل توجهی داشت. تکنیک معرفی شده در این پژوهش می تواند به میزان زیادی هزینه مصرف انرژی الکتریکی و روشنایی و هزینه پرسنلی را کاهش دهد. بنابراین با استفاده از این روش می توان یک تکنیک کاربردی و اقتصادی برای ریزازدیادی گیاه زنبق معرفی نمود.

    کلیدواژگان: آلودگی، اسانس، ریزازدیادی، صرفه اقتصادی، هیپوکلریت سدیم
|
  • Simasadat Lajevardi, Abdollah Allahverdi*, Seyedehsamane Shojaeilangari Pages 1-22

    Cancer is one of the leading causes of death worldwide. Breast cancer is the most common cancer among women and causes a high number of annual deaths. The most reliable method for successful cancer management is accurate and early diagnosis. On the other hand, the lack of timely diagnosis leads to the spread of cancer in the body, making it difficult to treat and control. The gold standard method for breast cancer diagnosis is biopsy. Usually, visual inspection and manual assesement are used to diagnose cancer, where the pathologist examines the histopathology slides under a microscope which is error-prone and time- consuming procedure and requires years of expertise. Therefore, computer-aided diagnosis is essential to help physicians improve the efficiency of interpreting medical images. In this study, we use deep learning models, especially convolutional neural networks (CNNs) to detect whether or not histopathological images are cancerous. The AUC, Precision and F1-score obtained using the pre-trained Incetion-V3 deep neural network are 98.36%, 95.28% and,97.25% respectively, and the same parameters for the pre-trained ResNet-18 deep neural network are equal to 97.90 %, 97.46% and 98.22%. The presented models are able to provide reliable diagnosis results for different morphologies of breast tissues.

    Keywords: Breast Cancer, Histopathology Images, Deep Learning, Convolutional Neural Networks (Cnns)
  • Nahid Bakhtiari*, Mohsen Vaez Pages 23-37

    One of the most important hosts used for production of recombinant proteins is Escherichia Coli. For example, the most therapeutic proteins approved by FDA are produced in Escherichia Coli. Comprehensive knowledge about biologic nature of Escherichia Coli had made this microorganism to a favorable factory for production of recombinant proteins. Accessibility of this information have led to rational manipulation for changing of this small factory to intelligent system can make different recombinant proteins easier. So that, many engineered and useful strains were obtained from wild type and parental strains can produce high amount of diverse and stable recombinant proteins in lab and industrial scale. In this review, we will present some of these strains that are more widely used.

    Keywords: Escherichia Coli, Recombinant Protein, Host
  • Afsaneh Ehsandoost, Elnaz Tamjid* Pages 38-74

    In recent years, significant efforts have been focused on advancements of novel biomaterials based on natural polymers and utilization of efficient methods such as skin tissue engineering for wound treatment. In this study, a 3D printed polycaprolactone (PCL) scaffold coated via immersion in a 1:4 blend of 40% silk fibroin from Bombyx mori cocoons and TEMPO-oxidized was developed. The pore size and the porosity were 180 µm and 85%, respectively. The results demonstrated an enhancement in exudate absorption (swelling and water uptake of 1342% and 80%, respectively), improvement in storage modulus (G’) from 500 to 4000 Pa, as well as viscoelasticity up to 60%, which all are favorable for wound dressing applications. Moreover, the wettability and biodegradability studies revealed an overall increase in contact angle and degradation rate of 19.9°±3, and 95%, respectively. Cell viability and migration studies on fibroblastic cells (L929) using MTT assay, DAPI/ Phalloidin staining, and scratch test showed over 90% viability up to 7 days and complete scratch repair within 24 hours. These findings show that 3D printed PCL scaffolds coated with silk fibroin and oxidized nanocellulose are promising for wound healing applications and might pave the way to natural polymer-based wound dressings.

    Keywords: 3D Printing, Polycaprolactone, Silk Fibroin, Oxidized Nanocellulose, Wound Dressing, Viscoelasticity, Cell Viability, Cell Migration
  • Fereshteh Alizadeh, Sara Daneshjou* Pages 73-98

    Ensuring food security in developing countries is highly challenging due to low productivity of the agriculture sector, degradation of natural resources, crop losses, less value addition, and high population growth. therefore, researchers are striving to adopt newer technologies to increase the supply of agricultural products. one of these technologies is nanotechnology. Nanotechnology is the science of producing, manufacturing and using materials at the atomic and molecular levels and it can transform various industries, including the agricultural industry, with the help of new tools. Nanotechnology By using new materials such as nanofertilizers, nanoherbicides, nanopesticides, etc., strengthens the soil and increases the growth of plants and with the help of new tools such as nano-sensors and intelligent delivery systems, identifies pathogenes in plants.  For these reasons nanotechnology can be a promising way to increase the productivity of agricultural products.

    Keywords: Agriculture, Nanofungicide, Nanoherbicide, Nanoinsecticide, Nanopesticide, Nanotechnology
  • Zahraa Neamah Abbas, Hanaa Naji Abdullah, Bijan Ranjbar* Pages 99-108

    In this study, 50 Staphylococcus aureus samples from Baghdad Hospital were collected and examined, 17 samples were infected with methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and 5 samples were infected with vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VRSA). The sensitivity of the isolates against different antimicrobial agents was evaluated using the VITEK2 standard system. According to CLSI, the minimum inhibitory concentration (MIC) values of zinc oxide quantum dots (ZnO-QDs) were also tested by the Muller-Hinton dilution method. In addition, polymerase chain reaction (PCR) was performed to identify vanA and mecA genes. The antibacterial effects of ZnO-QDs on VRSA were higher than MRSA isolates.

    Keywords: Staphylococcus Aureus, Meca Gene, Vana Gene, Zinc Oxide, Quantum Dots
  • Mohammad Satari*, Behnam Hajipoor, Saman Hosseinkhani, Parviz Abdolmaleki Pages 100-115

    Gene delivery using the force of a magnetic field is called magnetofection. The purpose of this study is the synthesis and characterization of magnetic iron oxide nanoparticles (Fe3O4) as the core of the transfer agent and to investigate the effect of alternating magnetic field on transfection efficiency. For this purpose, the first magnetic nanoparticles (MNP) were synthesized by coprecipitation method. The magnetic properties of the synthesized MNP were investigated by vibrating sample magnetometer (VSM), appearance characteristics, and zeta potential of the synthesized particles were evaluated  using transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS). Then, using magnetic nanoparticles (MNP), polyethylene imine (PEI) and plasmid DNA containing luciferase reporter gene (pDNA), PEI-pDNA binary complex and MNP-PEI-pDNA ternary complex were synthesized. The complexes were evaluated using DLS and gel retardation techniques. The results of DLS and gel retardation technique showed that the complexes have a suitable surface charge and polyethyleneimine is well joined to pDNA and neutralized its negative charge. Finaly, human breast cancer cell lines (MCF-7) and Hek293T cells were transfected by ternary complex in the presence of 50 Hz alternating magnetic field. Cell viability was measured using the MTT test. The obtained results showed that the transfection efficiency in the cells that were transfected with the ternary complex in the presence of alternating magnetic field increased significantly compared to the control group, without any additional toxicity (P ≤ 0.05).

    Keywords: Magnetofection, Magnetic Nanoparticles, 50 Hz Alternating Magnetic Field, Polyethylene Imine Polymer
  • Somayeh Heidarian, Laya Takbiri*, Shore Zare Karizi, Jafar Amani, Sedighe Arbabian Pages 116-137

    APC gene in ctDNA has been proposed as a potential biomarker for cancer diagnosis. A biosensor based on a multi-walled carbon nanotube (MWCNT) and DNA probe with fluorophore FAM (6-carboxyfluorescein) for detection of APC gene in ctDNA was developed to identify patients with colorectal cancer (CRC).This method was designed based on the adsorption and immobilization of FAM-labeled single-stranded DNA (ssDNA) on MWCNT, which leads to the quenching of FAM fluorescence emission. By adding its cDNA could release single-stranded DNA probe (ssDNA) from the MWCNT surface and a double-stranded DNA (dsDNA) was formed. It led to the return of FAM fluorescence emission. While in the case of non-complementary DNA the corresponding dsDNA was not formed and therefore we did not have the return of FAM fluorescence emission. The results of this study showed that the biosensor based on carbon nanotubes can be used as a high-sensitivity method for the early detection of CRC.

    Keywords: Biosensor, Carbon Nanoparticles, APC
  • Mina Taghizadeh* Pages 138-157

    Pathogen growth in vitro is one of the major problems in plant micropropagation, so the most important stage of in vitro culture of plants is disinfection of the cultures. In the common methods of disinfection, the media and plant materials, apparatus such as autoclaves and chemicals disinfectents are used, which causes the time of this process and the costs to increase. This research objective to improve the disinfection of Iris hollandica cv. Apollo scales using different plant essential oils (thyme, cumin and savory) and the methods of using essential oils as disinfectants, the use of essential oils in the medium and the use of essential oils fumigation was done in four independent experiments. The use of essential oils of thyme, cumin, and savory completely prevented both contamination of the culture medium and contamination of the explant. The best disinfection method was when the essential oils were used in combination with the culture medium. Bacterial contamination was better controlled at concentrations of 0.125 to 0.25%, but the concentration of 0.25% of essential oils resulted in better control of fungal infection. The least browning of iris scale explants was observed at a concentration of 0.125. The technique presented in this study can significantly reduce the cost of electricity and lighting, as well as personnel costs. Therefore, this method can introduce a practical and cost-effective technique for plant micropropagation.

    Keywords: Contamination, Cost-Effective, Essential Oil, Micropropagation, Sodium Hypochlorite