از مکانیک سیالات تا درمان ناباروری مردان
آقای دکتر، شمار در مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد در مکانیک سیالات تحصیل کرده‌اید و حالا جایزه در حوزه تحقیقات ناباروری گرفته‌اید! برای ما کمی از نحوه ورودتان از فضای خشک محاسبات مهندسی به دنیای غیرقابل پیش‌بینی و کاملا متفاوت زیست‌شناسی و پزشکی بگویید.
شروع ورود من به این پروژه تلفیقی از زمانی آغاز شد که تصمیم گرفتم برای ادامه تحصیل به خارج از کشور بروم. طی مکاتباتی که با پروفسور سیمپتون در دانشگاه تورنتوی کانادا داشتم که از چهره‌های به‌نام در زمینه مهندسی مکانیک سیالات هستند، دو طرح به من پیشنهاد شد که یکی در زمینه بهبود روش‌های استخراج نفت و دیگری استفاده از مکانیک سیالات برای جداسازی اسپرم بود. در نگاه اول ممکن است به نظر برسد پروژه‌های نفتی جذابیت بیشتری دارند، اما من به دلیل علاقه‌ای که به آشنایی با دنیای پزشکی داشتم و تفاوت این پروژه با سایر پروژه‌هایی که معمولا در گروه‌های مکانیک سیالات مطرح می‌شود، ترجیح دادم روی طرح دوم کار کنم. به این ترتیب من وارد دنیای جدیدی شدم که ابتدا ورود به آن خیلی هم برایم آسان نبود؛ زیرا نه با اصطلاحات تخصصی این رشته آن هم به زبان انگلیسی آشنایی داشتم، نه فضای غیرقابل پیش‌بینی زیستی برایم تعریف شده بود. در مهندسی با محاسبات و نتایج مشخص سر و کار داریم، در حالی که در آزمایشات زیستی و موجودات زنده هیچ‌چیزی قابل پیش‌بینی نیست و ممکن است با وجود تمام محاسباتی که می‌کنید جوابی دریافت نکنید. اما با وجود تمام این مشکلات همه چیز بخوبی پیش رفت.
نقطه اتصال این دو حوزه چیست که شما به عنوان دانشجوی دکتری مکانیک سیالات روی پروژه جداسازی اسپرم کار کردید؟
یکی از مهم‌ترین شاخصه‌های اسپرم سالم توانایی حرکت آن است. اما حرکت اسپرم در فضای سیال تابع معادلات سیالات رایج نیست و به دلیل گرانروی بالای محیطی که در آن شنا می‌کند، معادلات حرکتی کاملا متفاوتی دارد. ما می‌خواستیم از همین ویژگی‌های خاص حرکتی اسپرم و علم سیالات استفاده کنیم و دستگاهی بسازیم که با ایجاد شرایط مشابه، فضای بهتری برای جداسازی اسپرم‌های سالم از یک مجموعه اسپرمی به وجود بیاورد. زیرا روش‌های جداسازی که در حال حاضر استفاده می‌شود خیلی خشن هستند و با شرایط طبیعی فاصله زیادی دارند و این نگرانی وجود دارد که در این فرآیند به اسپرم آسیب وارد شود. این آسیب‌ها می‌تواند، هم درصد موفقیت لقاح مصنوعی را کاهش دهد و هم روی سلامت جنین اثرگذار باشد.
از همین رو بود که تصمیم گرفتید دستگاهی بسازید که با کمک آن بتوانید آسیب‌های وارده به اسپرم‌ها را کاهش دهید؟
بله. در اولین پروژه‌ای که در این حوزه روی آن کار کردم، ما به دنبال تولید دستگاهی ارزان قیمت بودیم که با استفاده از دانش مکانیک سیالات قادر باشد از میان یک جمعیت اسپرمی، اسپرم‌های سالم‌تر از لحاظ شکل ظاهری، توانایی تحرک و محتوای ژنتیک یا همان دی‌اِن‌اِی را جداسازی کند تا در زمان لقاح مصنوعی، محقق راحت‌تر بتواند اسپرم مناسبی انتخاب کند که احتمال لقاح موفقیت‌آمیزش بیشتر باشد. این دستگاه از یک ساختار حلقه‌ای پلیمری به قطر پنج سانتی‌متر تشکیل شده که حدود 500تا 700 کانال در ابعاد میکرومتری از آن به سمت نقطه مرکز حلقه منشعب شده‌اند. این ساختار موجب می‌شود حجم یک میلی‌لیتر نمونه‌ای که وارد حلقه می‌شود به مقادیر 30میکرولیتری برای ورود به هر کانال تقسیم شود. زمانی که اسپرم با سطح تماس بیشتری برقرار کند با حرکات دم، تماس با سطح و جریانی که در سیال ایجاد می‌شود، اسپرم بخوبی می‌تواند شنا و در مسیر دیواره به سمت جلو حرکت کند. به این ترتیب پس از گذشت زمانی در حدود ده‌دقیقه، اسپرم‌هایی که از توان حرکتی بهتری برخوردار بودند خود را از حلقه بیرونی به دایره مرکزی دستگاه می‌رساندند، بدون این که نیروی مضاعفی از سوی دستگاه به آنها وارد شود. طبق مطالعاتی که روی اسپرم‌های جدا شده با دستگاه انجام شد، مشخص شد اسپرم‌های جدا شده نسبت به نمونه اولیه حدود 89درصد میانگین زنده‌مانی بیشتری دارند، همچنین 95درصد آنها پس از مرحله جداسازی همچنان از توان حرکتی خوبی برخوردار بودند و حدود 80درصد آنها نیز از لحاظ کیفیت دی‌اِن‌اِی، وضع مناسبی داشتند. انجام این فرآیند به صورت کامل حدود 15 دقیقه زمان می‌برد که این زمان برای روش‌های فعلی حدود سه ساعت است. برخلاف انتظارمان که این پروژه حداقل به سه سال زمان نیاز داشته باشد، این دستگاه در مدت یک سال ساخته شد. شاید دلیل اصلی آن حس همبستگی و پشتیبانی بود که در تمام اعضای گروه تحقیقاتی حس می‌شد و به محض این که یک نفر احساس ناامیدی می‌کرد، بقیه بسرعت روحیه او را تقویت می‌کردند و تلاش برای رسیدن به موفقیت متوقف نمی‌شد.
در حال حاضر این دستگاه وارد بازارهای جهانی شده است؟
خیر، ما هنوز این دستگاه را تجاری‌سازی نکرده‌ایم. اما مراحل ثبت امتیاز اختراع (Patent) آن انجام شده است. علت این که ما هنوز نتوانستهایم این دستگاه را وارد بازار کنیم نیاز به تغییر پلیمری است که در ساخت آن استفاده شده است. در حوزه آزمایشات میکروسیالات (microfluidic) و فناوری نانو برای طراحی و ساخت آزمایشگاهی دستگاه‌ها از پلیمر نرمی به نام پی‌دی‌اِم‌اِس (PDMS) استفاده می‌شود که برای تولید عمده برای بازار مناسب نیست و باید با پلیمرهای دیگری مثل پلاستیک برویم که سترون شدن آنها آسان‌تر است، کار با آنها ساده‌تر است و از همه مهم‌تر چهره آشناتر و مرسوم‌تری در آزمایشگاه‌های بالینی دارد و متخصصان آن را راحت‌تر می‌پذیرند. اما این تغییر پلیمر خیلی هم راحت نیست زیرا پلاستیک براحتی پی‌دی‌اِم‌اِس در ابعاد میکرون شکل نمی‌گیرد.
از طرف دیگر هنوز آزمایش‌های بالینی کافی روی اسپرم‌های جدا شده با این دستگاه انجام نشده و در مرحله گسترش روابط خود با بخش بالینی هستیم. این اسپرم‌ها برای لقاح مصنوعی حیوانات مدل آزمایشگاهی نیز استفاده نشده است. بنابراین هنوز مراحلی برای رسیدن این دستگاه به آزمایشگاه‌های لقاح مصنوعی به صورت تجاری پیش رو داریم.
آیا امکان دارد جنینی که اسپرم آن با این دستگاه جداسازی شده است پس از تولد و در سنین بالاتر مشکلی را بروز دهد؟
پاسخ به این سوال بسیار دشوار است. زیرا حتی نوزادان متولد شده با روش‌های باروری مصنوعی دیگر که در حال حاضر استفاده می‌شوند نیز تقریبا هنوز به سن ازدواج و باروری نرسیده‌اند تا بخواهیم با خیال راحت از کارآمدی این روش‌ها و باروری مصنوعی صحبت کنیم. تنها زمان می‌تواند پاسخ این سوال را بدهد؛ زیرا هنوز هم با دنیایی از ناشناخته‌ها در مورد موجودات زنده روبهرو هستیم.
فکر می‌کنید این دستگاه در دنیای حیوانات و خصوصا علوم دامی نیز کاربرد خواهد داشت؟
در حوزه آزمایش‌های حیوانی هنوز مطالعه کاملی انجام نداده‌ایم. اما در خصوص علوم دامی مشکلی که به خاطر آن دنبال جداسازی اسپرم هستند، نابارور بودن دام نیست؛ بلکه هدف گسترش نسل دام مرغوب به میزان زیاد یا افزایش جنس نر یا ماده خاص است. برای مثال می‌خواهند در تولدها بیشتر گوساله ماده به دنیا بیاید تا از شیر آن استفاده کنند. ما آزمایشی برای این ویژگی روی دستگاه داشتیم که ببینیم آیا جنسیت اسپرم تاثیری روی حرکت آن و جداسازی خواهد داشت یا خیر که پاسخ منفی بود و در واقع دستگاه فعلی ما قادر به جداسازی اسپرم‌ها براساس جنسیت نیست.
اسپرم برای توانایی باروری در مجموع چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد؟
به طور کلی پنج ویژگی در مساله ناباروری در نمونه‌های اسپرم بررسی می‌شود. اولین ویژگی تعداد کل اسپرم‌ها در نمونه است. میزان اسپرم در هر میلی‌لیتر نباید زیر 40 میلیون عدد باشد. درصد زنده بودن و درصد اسپرم‌هایی که توانایی حرکت دارند نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. ویژگی دیگری که مطرح است شکل ظاهری است که با ویژگی‌های استاندارد منتشر شده سازمان بهداشت جهانی همخوانی داشته باشد. پنجمین ویژگی نیز کیفیت مولکول دی‌اِن‌اِی از لحاظ توالی و ساختار سه‌بعدی است. البته وقتی اسپرمی مشکل داشته باشد در بیشتر مواقع همه این ویژگیها با هم دچار مشکل می‌شوند.
در مردانی که مشکلات باروری دارند این مشکلات در اکثر جمعیت اسپرمی آنها مشاهده می‌شود اما همچنان تعداد معدودی اسپرم سالم نیز در نمونه‌های آنها وجود دارد. هدف پروژه‌هایی مثل پروژه ما جداسازی و انتخاب همان تعداد اندک اسپرم‌های سالم است که می‌تواند منجر به لقاح موفق و تولد فرزند شود. در حال حاضر این کار وابسته به تجربه فرد متخصصی است که به صورت دستی اسپرم‌های خوب را از کل نمونه جدا می‌کند. ولی دستگاه ما این مجموعه اسپرمی را برای آن متخصص محدود می‌کند و او خیلی آسان‌تر می‌تواند از این مجموعه کوچک‌تر بهترین اسپرم‌ها را جمع‌آوری کند.
سوال مهمی که در سال‌های اخیر در ذهن اکثر افراد وجود دارد این است که آیا استفاده از فناوری‌های جدید مثل رایانه‌های شخصی یا تلفن همراه می‌تواند در آینده باعث بروز یا افزایش ناباروری در مردان شود؟! نظر شما به عنوان متخصص این حوزه چیست؟
بر اساس مطالعاتی که من در این زمینه داشتم، اگرچه هنوز مکانیسم دقیق چگونگی اثر امواج تلفن‌های همراه بر ناباروری مشخص نشده اما تردیدی در مضر بودن این امواج و حتی گرمای حاصل از رایانه‌های شخصی وجود ندارد. اثرات سوء رژیم غذایی نامناسب، مصرف سیگار و الکل نیز کاملا مشخص است. به همین علت سعی کنید تا حد امکان رایانه شخصی را روی پای خود قرار ندهید یا تلفن همراه را در جیبتان نگذارید. زیرا حتی قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی این دستگاه‌ها می‌تواند روی کیفیت دی‌اِن‌اِی اسپرم تاثیرگذار باشد. به گفته یکی از استادان، اگر شخصی واقعا قصد دعوت یک انسان جدید به دنیا را از طریق تولیدمثل دارد باید تمام تلاش خود را برای سلامت هرچه بیشتر آن فرزند انجام دهد و تا حد امکان خود را از مواردی که ممکن است مخاطره‌آمیز باشد دور نگه دارد؛ حتی اگر ضرر آنها از لحاظ علمی کاملا اثبات نشده باشد.
از نظر شما آیا در آینده این امکان فراهم می‌شود که فناوری لقاح مصنوعی حتی به کمک افراد عادی نیز بیاید تا اسپرم‌ها و تخمک‌های زوج بهگزینی شوند و فردی با بهترین ویژگیها متولد شود؟
از نظر من این اتفاق اصلا دور از ذهن نیست ولی این که چه زمانی بتوانیم به این توانایی دست پیدا کنیم مشخص نیست. ما همچنان با ناشناخته‌های بسیاری در موجودات زنده روبهرو هستیم و راه زیادی برای درک تمامی این موارد و افزایش توانمندی در حوزه باروری در پیش داریم. در حال حاضر فرآیند لقاح مصنوعی فاصله زیادی دارد با آنچه در حالت طبیعی رخ می‌دهد و تلاش تمام گروه‌های تحقیقاتی این حوزه نزدیک کردن این شرایط به حالت طبیعی است. به همین دلیل اگر بخواهیم خوشبینانه به مساله‌ای که مطرح کردید نگاه کنیم شاید صد‌سال تا رسیدن به آن توانمندی فاصله داریم.
در حال حاضر وضع ایران از لحاظ باروری را در چه سطحی می‌بینید؟
با توجه به مطالعه‌ای که سال گذشته روی نرخ تولد فرزندان زنده در کشورهای مختلف داشتم، ایران از وضع نسبتا مطلوبی در این خصوص برخوردار است و این شاید به علت افزایش سطح آگاهی افراد جامعه در سال‌های اخیر و همچنین پیشرفت چشمگیر موسسات تحقیقات ناباروری در کشور است که توانسته نرخ باروری در ایران را نسبت به سایر کشورهای در حال توسعه و حتی توسعه یافته که بشدت درگیر این مساله هستند به طرز چشمگیری افزایش دهد.
اکنون ارتباط کاری بین شما و پژوهشگران داخلی فعال در حوزه ناباروری وجود دارد؟
در حال حاضر خیر، اما برگزاری جشنواره ناباروری رویان، فرصت خوبی برای ایجاد این روابط فراهم کرد و صحبت‌های اولیه در این خصوص شکل گرفته است. برنامه‌ای که برای این همکاری مدنظر است، انجام بخشی از آزمایش‌های بالینی در موسسات تحقیقاتی ناباروری کشور است که تعامل سازنده‌ای برای همکاری و ارتقا سطح دانش ناباروری دارند. همچنین به دلیل این که تعداد مراکز درمان ناباروری در کشور محدود است و از مناطق مختلف افراد برای درمان به این مراکز می‌روند، دسترسی خوبی به منابع متنوع‌تری از نمونه‌های اسپرمی خواهیم داشت. البته باید مراحل اداری و رسمی این همکاری نیز انجام‌شود و من مشتاقانه دنبال ایجاد این همکاری بین دانشگاه تورنتو کانادا و دانشگاه موناش استرالیا (که بتازگی عضو هیات علمی آن شده‌ام) و پژوهشگاه‌های داخل کشور هستم.
چه توصیه‌ای برای خوانندگان روزنامه جام‌جم در زمینه ناباروری دارید؟
تنها چیزی که دوست دارم به مردم کشورم بگویم این است که هر خانواده‌ای که با مشکل ناباروری روبهرو می‌شود بسرعت به مراکز درمانی مراجعه کند و با وجود فشار روانی، درمان این مشکل را به تعویق نیندازد. زیرا در حال حاضر امکان درمان بیماران نابارور زیاد است و هرچه این اقدام سریع‌تر انجام شود، احتمال درمان موفقیت‌آمیز به مراتب بیشتر خواهد بود.
با دکتر رضا نصرتی بیشتر آشنا شوید
دکتر رضا نصرتی، متولد 1363در تهران است. وی پس از اخذ مدرک کارشناسی مهندسی مکانیک سیالات از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و کارشناسی ارشد در همین رشته از دانشگاه تهران، از سال 1391 در مقطع دکتری در دانشگاه تورنتو مشغول به تحصیل شد. او در مقطع دکتری در گروه تحقیقاتی پروفسور دیوید سیمپتون در پروژه تحقیقاتی بزرگی برای تولید دستگاه ساده و ارزان‌قیمتی به‌منظور جداسازی اسپرم‌های با کیفیت با کمک روش‌های میکروفیلوئیدیک همکاری کرده است. دکتر نصرتی پس از دریافت جایزه و لوح تقدیر در نوزدهمین جشنواره رویان، دعوت جام‌جم برای مصاحبه حضوری را فروتنانه پذیرفت تا صبح سه‌شنبه 13 شهریور در دفتر جام‌جم میزبانش باشیم. او نقش استاد راهنمایش در دانشگاه تورنتو را در پیشرفت مطالعات خود بسیار پررنگ می‌داند و طی مصاحبه چند مرتبه از او و کمک‌هایش قدردانی کرد. این محقق ایرانی آینده روشنی را برای تحقیقات ناباروری و درمان مشکلات ناشی از آن متصور است و اعتقاد دارد با کمک فناوری می‌توان در آینده انسان‌هایی بسیار باهوش‌تر، قوی‌تر و مقاوم‌تر نسبت به بیماری‌ها داشته باشیم.