همگرایی علوم در مسیر توسعه

دکتر هاشم رفیعی‌تبار، استاد گروه فیزیک و مهندسی پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، فیزیکدان ذرات بنیادی نظری و علوم نانوفناوری محاسباتی است. او دانش و پژوهش‌های خود را در فصل مشترک علوم فیزیکی و زیستی قرار داده است که یکی از پیامدهای آن نگرش جدید به علم پزشکی است. عمده فعالیت او در حال حاضر در زمینه فیزیک مغز است و فعالیت‌های ساختارهای مغزی را در مقیاس نانو مطالعه می‌کند. دکتر رفیعی‌تبار در سال 1385 به عنوان چهره ماندگار در حوزه نانو فناوری انتخاب شد. او می‌گوید بهبود و توسعه آینده زندگی بشر، انگیزه عمده فعالیت‌های علمی و پژوهشی او بوده است. در این باره با دکتر رفیعی‌تبار گفت‌وگو کرده‌ایم.

فیزیک ذرات بنیادی چه ارتباطی با علوم پزشکی دارد و فیزیک پزشکی که شما در آن مطالعه می‌کنید چه حوزه‌هایی را در بر می‌گیرد؟

عمده فعالیت من در گروه فیزیک و مهندسی پزشکی در حال حاضر تحقیق روی فیزیک مغز و همچنین شناخت فعالیت‌های سلول‌های زیستی از طریق نورشناسی آنها (بیوفوتون‌ها) است. از طریق کرسی که از بنیاد نخبگان در حوزه نانو نوروساینس (علوم اعصاب) دریافت کردم، ساختار و عملکرد سلول‌های مغزی (نورون‌ها) را در مقیاس نانو بررسی می‌کنم. یکی از طرح‌های پژوهشی این کرسی بررسی اثرات میدان‌های خارجی مانند امواج مایکروویو یا امواج موبایل روی عملکرد مغز است. ما از قوانین فیزیک موجود برای مطالعه فیزیولوژی سلول‌های مغزی کمک می‌گیریم و با تکیه بر شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای به عمد تغییراتی اعمال می‌کنیم تا اتفاقات ممکن را پیش‌بینی کنیم. استفاده از تلفن همراه با فرکانس‌هایی که در ایران به کار گرفته می‌شوند و تابش‌های ساطع شده از آنتن‌های بی‌تی‌اس (BTS) که معمولا نزدیک محل زندگی مردم نیز نصب می‌شوند، می‌توانند مطابق پژوهش‌های منتشر شده ما و دیگر محققان، دمای مغز را افزایش دهند. مغز، کانال‌های یونی دارد که اجازه ورود یون‌های مختلف (سدیم، پتاسیم و کلسیم) را به درون سلول‌های مغزی می‌دهند. این کانال‌ها به طور برنامه‌ریزی شده باز و بسته می‌شوند و دروازه‌هایی دارند. اگر دمای مغز بالا رود در نظام دروازه‌بانی اختلال به وجود می‌آید و امکان دارد این کانال‌ها نامنظم باز و بسته شوند و موادی مانند کلسیم بیش از اندازه وارد سلول‌های مغزی شوند و اختلالاتی به وجود آورند.

20 سال پیش در حوزه مهندسی پزشکی بررسی می‌کردند اگر استخوان تحت چه فشاری قرار گیرد، چه استرسی لازم دارد تا بشکند. فیزیک پزشکی هم قبلا در حد استفاده از تصویربرداری با پرتو ایکس و رادیوتراپی بود، اما الان در این رشته می‌توان اثرات پرتوی ایکس روی ساختارهای زیستی را در مقیاس‌های مولکولی و اتمی مورد مطالعه قرار داد.

قوانین فیزیکی چطور می‌توانند به توسعه دانش پزشکی و تشخیص و درمان بیماری‌ها کمک کنند؟

حدود 20 سال است قدم‌های اولیه برای همگرایی بین علوم زیستی و فیزیکی شروع شده و قسمتی از کاربردهای این همگرایی خود را در رشته پزشکی نشان می‌دهند. مقیاسی که ما در آن پژوهش می‌کنیم مقیاس نانو (مقیاس یک میلیاردم یک متر) و در ابعاد سلول‌ها و مولکول‌هاست و بیماری‌ها را درمقیاس سلولی و مولکولی بررسی می‌کنیم. از نظر یک فیزیکدان مانند من، فرقی بین ساختار یک مولکول زیستی و غیرزیستی نیست. یک فیزیکدان می‌تواند نشان دهد چگونه پیوندهای بین اتمی در یک مولکول زیستی شکسته و باعث بروز بیماری خاصی مانند سرطان می‌شود. پیامدهای زیستی یک ژن تخریب‌شده را هم یک زیست‌شناس مشخص می‌کند. پس جای تعجب نیست که در مقیاس سلولی و زیرسلولی من به عنوان فیزیکدان ذرات بنیادی از نظرات فیزیکی برای شناخت ساختار و عملکرد سامانه‌های زیستی استفاده کنم. اکنون اعتقاد ما این است قوانین حاکم بر ساختارهای غیرزیستی در ساختارهای زیستی هم کاربرد دارند، برای مثال فیزیک میدان‌های الکترومغناطیسی برای میدان‌های الکترومغناطیسی داخل بدن هم صادق است. در مورد حوزه نورشناسی، تمام سلول‌های بدن شما نور بسیار ضعیفی از خود ساطع می‌کنند که به آنها بیوفوتون می‌گویند. وقتی سلولی تقسیم می‌شود از خود بیوفوتون‌های بیشتری ساطع می‌کند. از دهه 70 میلادی پژوهشگران به این نتیجه رسیدند از روی نور ساطع‌شده (تعداد بیوفوتون‌ها و فرکانس آنها) از یک سلول می‌توان وضعیت سلامت یا عدم سلامت سلول را تشخیص داد. در غیاب تئوری‌های جدید، فعلا برای مدلسازی نوری که از سلول‌های زیستی ساطع می‌شود همان معادلات مکسول (Maxwell) را به کار می‌بریم.

از این فناوری در درمان سرطان چطور می‌توان بهره برد؟

معمولا سرطان‌ها را بسیار دیر و موقعی که دیگر پخش شده، تشخیص می‌دهند. سرطان با تقسیم نامتعارف یک یا چند سلول آغاز می‌شود و اگر بتوانیم عملکرد سلول‌های بدن را زیر نظر داشته باشیم، تا با تغییر رفتار یک یا چند سلول از فیزیولوژی آنها سریع خبردار شویم، می‌توان بموقع این بیماری را سرکوب کرد. لازمه این کار داشتن حسگرهایی است که داخل بدن بفرستیم تا بتوانند به سلول‌های مختلف بچسبند و از طریق این پیوستگی زنگ خطر را به صدا در آورند. نانو فناوری پزشکی می‌تواند به ایجاد ساختارهایی که بیماری‌ها را زود شناسایی می‌کنند، منجر شود. در واقع یک فیزیکدان به بدن انسان به صورت یک ساختار مولکولی و اتمی نگاه می‌کند، بنابراین این همگرایی علوم برای افزایش دانش ما نسبت به خودمان و طبیعت لازم است.

پس می‌توان امیدوار بود با کمک علم فیزیک راه پیشگیری و درمان بسیاری از بیماری‌ها کشف شود؟

ژن بسیاری از بیماری‌ها در طبیعت وجود دارد، اما ممکن است ژن ویروس یا میکروب آنها تا به حال فعال نبوده باشد. الان وجود میدان‌هایی مانند مایکروویو که در فضای اطراف ما موجود است، می‌تواند ژن‌های خاموش بعضی بیماری‌ها را روشن کند و به همین دلیل امروز با بیماری‌های عجیبی روبه‌رو می‌شویم. دستکاری ژنتیک در مواد غذایی (GM Food) هم می‌تواند نقش مهمی در بروز بیماری‌ها بازی کند که ممکن است حتی خود را 20 سال دیگر نشان دهد. از طرف دیگر الان نظریه‌ای وجود دارد مبنی بر این که سرطان فقط به خاطر تخریب ژن نیست و استرس فیزیکی یا ذهنی هم که مدام وارد سیستم زیستی می‌شود، می‌تواند به تقسیم نامتعارف سلولی و ایجاد تومور منجر شود. به نظر من تا 20 سال آینده به جایی خواهیم رسید که بموقع سرطان و بیماری‌های دیگر را از ریشه شناسایی کنیم. ما معتقدیم با علمی که امروز داریم، می‌توانیم طول عمر افراد را افزایش دهیم و در کل پیشگیری برای ما مهم‌تر از درمان است، اما طول عمر باید همراه با سلامت افراد باشد و سبک زندگی و تغذیه صحیح می‌تواند تا حد زیادی موجب طول عمر سالم شود.

اکنون زیرساخت‌های لازم برای همگرایی میان علوم مختلف در کشور وجود دارد؟

همین که ما توانستیم در دانشکده پزشکی کارهای پژوهشی فیزیکی را وارد کنیم، نشان می‌دهد زیرساخت‌ها و استقبال کافی از این همگرایی وجود دارد. الان کارهای ما برای پژوهشگران جهانی هم قابل قبول است و مقالات بسیاری از پژوهشگران ما در سطح بین‌المللی منتشر می‌شود، اما مسأله فعلی ما چیز دیگری است. دانشی که در دانشگاه‌ها و پژوهشگاه‌های ما تولید می‌شود، بندرت به جامعه منتقل می‌شود و مثلا روی اقتصاد تاثیر می‌گذارد. تبدیل علم به فناوری در کشور ما متاسفانه فوق‌العاده ضعیف است و زیرساخت‌های لازم را ندارد. به همین دلیل دراقتصاد کشور تحقیق و توسعه (R & D) نقش چندانی ندارد. بیشتر شیفته مهندسی معکوس هستیم تا تبدیل علم به فناوری.

چه راهکارهایی برای توسعه علمی در کشور توصیه می‌کنید؟

ما امروز بحث طرح‌ها و شرکت‌های دانش‌بنیان را داریم که اتفاق بسیار خوبی است، اما یک کشور 80 میلیونی خیلی بیشتر از اینها می‌تواند طرح‌های دانش‌بنیان داشته باشد. ما موقعی می‌توانیم پژوهشگران را حمایت کنیم که فکری برای ارائه محصولات آنها داشته باشیم. واردات محصولات مشابه از خارج از ایران و واسطه‌گری و کیفیت نازل برخی از محصولات خودمان بزرگ‌ترین مشکل برای ارائه تولیدات داخلی است. صنایع بخش خصوصی ما قابلیت مقابله با صنایع دولتی را ندارند با این که همه می‌دانیم توسعه صنایع خصوصی می‌تواند به توسعه فناوری و اقتصاد کمک کند. دولت کمک‌های خوبی به دانش‌بنیان‌ها می‌کند، اما از محصولاتی که بیرون می‌آیند حمایت نمی‌شود. برای مثال به مراکز دستور نمی‌دهند از این محصولات استفاده کنند. این در حالی است که برخی از محصولات ما کیفیت محصولات وارداتی را دارند و همه این مشکلات زیربنایی احتیاج به تصمیم‌گیری‌های کلان دارد.

سپیده شعرباف