طراحی نرم افزار تسهیل کننده غربالگری با کارایی بالای سمیت ترکیبات دارویی توسط آزمون خرچنگ آب شور با استفاده آرتمیا سالینا

سیزدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: طراحی نرم افزار تسهیل کننده غربالگری با کارایی بالای سمیت ترکیبات دارویی توسط آزمون خرچنگ آب شور با استفاده آرتمیا سالینا
نام ارائه دهنده/دهند گان: هلیا فرخ نیا، مینا نصرت زاده
زمینه و نوع پروژه: زیست
درجه سختی: دشوار
نام مدرسه: دبیرستان متوسطه دوم فرزانگان 7

مقدمه
برای ارزیابی سمیت مواد مختلف روش های دیگری وجود دارد که از جمله آن ها می توان به آزمون سم شناسی با استفاده از جنین جوجه، سلول و موش صحرایی اشاره کرد. آزمون با جنین جوجه نیازمند دستگاه های پیشرفته از جمله دستگاه کندلینگ برای کندن پوست جوجه، کیسه هوا و ابزاری برای تخلیه شکم می باشد و مدت آزمایش نیز تقریبا طولانی (20 روزه) است. همچنین در این آزمون پوست جوجه بعد از کنده شدن دورانداخته می شود. یکی دیگر از معایب این روش زیر پا گذاشتن اخلاق زیستی می باشد که امروزه یکی از ضرورت های انجام هر پروژه ای است. در اینجا نیز معیار ارزیابی سمیت مواد مورد آزمایش، میزان ناهنجاری های ظاهری و اسکلتی در روند رشد و تکوین جنین می باشد که بر اثر وجود سم ایجاد می شود.

از روش های دیگر می توان به استفاده از رده های سلولی اشاره کرد. در این راستا جهت بررسی اثر سمیت سلولی ترکیبات مختلف بر روی رشد و تکثیر سلول ها، از روش رنگ سنجی MTT استفاده می شود. پودر MTT یک نمک تترازولیوم محلول در آب است و هنگامی که این ترکیب در محیط کشت فاقد فنل رد یا بافر فسفات حل شود، محلول زردرنگی به دست می آید. اساس این آزمون، شکستن نمک MTT توسط آنزیم سوکسینات دهید روژناز میتوکندریایی سلول های زنده است. نتیجه این فعالیت ایجاد بلورهای نامحلول فورمازان ارغوانی رنگ است که توسط دی متیل سولفوکساید به صورت محلول در می آیند. هرچه سول ها فعال تر و تعدادشان بیشتر باشد، میزان رنگ ایجاد شده نیز بیشتر خواهد شد. با توجه به مواد مورد آزمایش، مدت زمان آن از 1 تا 7 روز متغیر است. آزمون با سلول به معرف MTT، خوانش در طول موج 570 نانومتر با دستگاه خواننده آلایزا، شرایط کاملا استریل، اتاق تمیز، هود کلاس 2 و هم چنین دستگاه انکوباتور مجهز به دی اکسید کربن نیاز دارد. یکی از مواد لازم دیگر نیز سرم حیوانی است. همین طور این آزمون داشتن پرسنلی متخصص را ایجاب می کند و روشی پرهزینه محسوب می شود. در نهایت نیز با تمامی این دشواری ها، به دلیل حساسیت پایین و عدم توانایی در تشخیص منشا سم آزمایشی مناسبی قلمداد نمی شود.
 
موش صحرایی نیز گزینه دیگری برای انجام آزمون سمیت می باشد. در این روش پرهزینه، سختی های زیادی به کاربر تحمیل می شود که از جمله آن ها می توان به تزریق روزانه مواد مورد بررسی به داخل لگن موش به مدت 2 هفته، شرایط سخت لازم برای نگهداری موش (شرایط دمایی 20-24 درجه سانتی گراد، روشنایی و تاریکی 12 ساعته و دسترسی آزاد به آب و غذا) و آزمایش های دشواری از قبیل نمونه گیری، خون شناسی، آسیب شناسی و بیوشیمی اشاره کرد. آزمون با موش صحرایی به Sysmex k_100 و اتوآنالایزر نیازمند است. هم چنین بعد از اتمام مدت آزمایش، شکم موش شکافته می شود که خونریزی زیادی را به دنبال دارد و بعد از انجام بررسی ها، بیشتر اعضای بدن موش دورریخته می شود که همه این ها با رعایت اخلاق زیستی در تناقض می باشند. در تمام این مدت نیز استرس و بی اشتهایی جانور، نتایج آزمایش را مختل می کند. و در آخر نیز می توان گفت که با توجه به موارد گفته شده در سوابق تحقیق، در آزمون سمیت با آرتمیا سالینا این گونه مشکلات وجود ندارد.

نرم افزار متلب قادر به تشخیص حرکت می باشد و در این پروژه نیز از این ویژگی استفاده شده است. همانطور که در بخش بیان مسئله نیز عنوان شد، تشخیص و شمارش لاروهای مرده و زنده در فاصله های 6 ساعته و سپس محاسبه درصد سمیت مواد مورد آزمون، توسط کاربر صورت گرفته که همین موضوع، احتمال خطا را افزایش داده و به علاوه سختی های زیادی را برای شخص به وجود می آورد و زمانبر است. در این پروژه، با استفاده از نرم افزار متلب سعی شده که تا حد امکان، گامی در جهت تسهیل و تسریع آزمون سمیت با آرتمیا سالینا برداشته شود.
 هدف
هدف از پژوهش حاضر طراحی نرم افزار تسهیل کننده غربالگری با کارایی بالای سمیت ترکیبات دارویی توسط آزمون خرچنگ آب شور با استفاده آرتمیا سالینا بود.

روش
جهت انجام این آزمون ابتدا سیست های آرتمیا سالینا در آب مصنوعی دریا تحت هوادهی و نور مصنوعی طی 24 ساعت هچ شدند. سپس تعداد 10 تا 10 عدد از لاروها را به کمک سمپلر به هر یک از چاهک های پلیت 48 خانه منتقل شدند. به منظور مشاهده لاروها استرئومیکروسکوپ مورد استفاده قرار گرفت و با کمک دوربین فیلم برداری از لاروها پس از گذشت 24 ساعت فیلم تهیه شد. سپس فیلم های تهیه شده برای طراحی و پیاده سازی الگوریتمی کارا به منظور تشخیص و شمارش خودکار لاروها مورد استفاده قرار گرفتند. از آنجایی که شمارش لاورها توسط کاربر کاری زمان بر و مستعد خطا می باشد در این پژوهش برآن شدیم تا با استفاده از آنالیز تصویر در نرم افزار متلب نرم افزاری جهت شمارش لاورهای زنده و مرده طراحی نمایند. برای این آزمون ترکیبات مورد نظر بایستی در مجاورت لاروهای آرتمیا سالینا قرار می گیرد و بعد از گذشت 24 ساعت تعداد لاروهای زنده مورد شمارش قرار گرفت. برآورد نتایج با استفاده از استرئومیکروسکوپ صورت می گیرد. از آنجایی که شمارش لاورها توسط کاربر کاری زمان بر و مستعد خطا می باشد در این پژوهش برآن شدند تا با استفاده از آنالیز تصویر براساس تغییر در تصاویر مونوکروم (سیاه-سفید) پی در پی تعداد لاورهای مرده و زنده را بشمارند. درصد بقا از مقایسه تصاویر جدید با تصاویر زمینه به منظور حذف تغییرات غیراختصاصی به دست آمد. نرم افزار طراحی شده بازده خوبی در تفسیر نتایج آزمون سمیت نشان داد و بنابراین قابلیت توسعه در راستای تفسیر نتایج آزمون های مشابه را خواهد داشت. مطالعه حاضر نشان می دهد که اصول به کار گرفته شده در طراحی این نرم افزار می تواند برای سنجش های مشابه به کار گرفته شود و باعث تسهیل و کارایی غربالگری با کارایی بالای سمیت ترکیبات طبیعی، نیمه سنتزی و سنتزی شود.  نرم افزار طراحی شده بازده خوبی در تفسیر نتایج آزمون سمیت نشان داد و بنابراین قابلیت توسعه در راستای تفسیر نتایج آزمون های مشابه را خواهد داشت.

مهارت های کسب شده
1. آشنایی با شیوه انجام کار گروهی
2. آشنایی با شیوه های جستجو در اینترنت
3. آشنایی با شیوه انجام پژوهش و نوشتن مقاله
4. آشنایی با نحوه ارائه گزارش عملکرد
5. آشنایی با روش ایده یابی (توفان مغزی)
6. آشنایی با مهارت کاربرد ابزار و وسایل مورد نیاز
7. آشنایی با پروپوزال نویسی
8. آشنایی با نحوه انجام آزمایش

 جهت انجام این آزمون در چند ساعت سیست های آرتمیا سالینا در آب مصنوعی دریا تحت هوادهی شدند؟ 24 ساعت
1. 24 ساعت
2. 12 ساعت
3. 10 ساعت
4. 3 ساعت

 مطالب مرتبط:
سلول های بنیادی بند ناف و کاربرد آن در درمان بیماری ها
طراحی نرم افزار کمکی در تفسیر غربالگری با کارایی بالای اثر آپوپتوزی ترکیبات دارویی با استفاده از آزمون اتیدیوم بروماید-اکریدین اورنج

تهیه کننده: مهدی رحمانی - تنظیم کننده: محبوبه همت