آلات بحجم النانو تعالج أمراضنا قريبا

في مراجعة بحثية جديدة، توصل فريق دانماركي أميركي مشترك إلى أنه من حيث المبدأ لا يوجد عائق أمام إنتاج كائنات خلوية صناعية في المستقبل، تمتزج فيها صور من الحياة مع صور غير حية، في آلات صغيرة بحجم النانو.

ومستوى النانو صغير بشكل لا يمكن تصوره، فالنانومتر الواحد يساوي جزء من المليار من المتر، ولو كنت بطول واحد نانومتر مثلا ووقفت أمام خلية دم حمراء نائمة على الجنب، فإنها ستظهر لك كمبنى ضخم بعرض أكثر من 100 ألف متر، وارتفاع عشرات الطوابق.

هياكل نانوية

وبشكل خاص، تهتم المراجعة، التي نشرت في دورية "سِل ريبورتس فيزيكال ساينس"، بفحص حالة الأبحاث في نطاق "الهياكل النانوية الهجينة للببتيد والحمض النووي"، وهو مجال ناشئ عمره أقل من 10 سنوات.

وتتمثل أهداف هذا النطاق في إنشاء أشكال حياة صناعية يمكن استخدامها لتشخيص الأمراض وعلاجها، بل ويفترض الباحثون في هذا النطاق أنه يمكن تصميم عدو للفيروسات، فبعض الفيروسات المسببة للأمراض ليس لها عدو طبيعي، ويمكن تطوير شكل من أشكال الحياة الاصطناعية التي يمكن أن تصبح عدوا لها، ويعتقد الباحثون أن تلك التقنية ستكون متاحة خلال 10 سنوات.

وإلى جانب ذلك، يمكن استخدام هذه الآلات كروبوتات نانوية محملة بالأدوية أو العناصر التشخيصية وإرسالها إلى جسم المريض.

ويعد الحمض النووي والببتيدات (البروتينات الصغيرة) من أهم الجزيئات الحيوية في الطبيعة، ولذلك فهما أقوى أداتين جزيئيتين في مجموعة أدوات تكنولوجيا النانو اليوم.

برمجة حية

وقد نجح الباحثون في هذا النطاق بالفعل في ابتكار ما يسمى حاليا بالدوائر الجينية، وهي مزيج بين شيئين لم نكن لنتصور أنهما يمكن أن يجتمعا، الأول هو الجينات والببتيدات التي تمثل المكون الأساسي للحياة على كوكب الأرض، والثاني هو العمليات المنطقية على الحواسيب.

حيث تمكن باحثون مثل جيمس ج. كولينز، أستاذ الهندسة الطبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومايكل إلويتز، الأستاذ بقسم علم الأحياء والهندسة البيولوجية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، من إخضاع قطع من الجينات والبروتونات لعمليات منطقية قادمة من عالم الحوسبة.

وقد ساعدهم ذلك في هندسة الكائنات الحية (البكتيريا مثلا أو الفيروسات) لأغراض مفيدة، مثل بناء دواء جديد أو صناعة الوقود، أو اكتساب قدرة جديدة مثل استشعار شيء ما في البيئة، أو المعالجة الحيوية لتنظيف الملوثات من المياه والتربة والهواء.

وقبل حوالي عام، نجح هانبين ماو من جامعة كنت الأميركية، وتشينغوانغ لو من جامعة جنوبي الدانمارك (وهم أيضا من مؤلفي الدراسة الجديدة) في ربط هياكل الحمض النووي بهياكل ببتيدية، وبالتالي إنشاء جزيء هجين اصطناعي يجمع بين نقاط القوة في كلا الجانبين، الحمض النووي والببتيدات، فالأول سهل البرمجة، والثاني يمكنه تقديم وظائف كيميائية متعددة.

ووفقا للباحثين، فإنه يمكن استخدام هذا الجزيء لإنشاء بروتينات صناعية تكون أكثر استقرارا، وبالتالي أكثر موثوقية في العمل معها من البروتينات الطبيعية، ومن الممكن استخدامها لشرح سبب مرض ألزهايمر الذي تكون الببتيدات المختلة هي السبب فيه.

مستقبل مفتوح

وفي جامعة أكسفورد، نجح الباحثون في بناء آلة نانوية مصنوعة من الحمض النووي والببتيدات يمكنها الحفر عبر غشاء الخلية، وإنشاء قناة غشاء اصطناعية يمكن للجزيئات الصغيرة للأدوية أن تمر من خلالها، بحسب بيان صحفي من جامعة جنوب الدانمارك.

ويخلص الباحثون من الدراسة الجديدة إلى أن القيمة الإجمالية لكل هذه الجهود هي أنه يمكن استخدامها لتحسين قدرة المجتمع على تشخيص وعلاج المرضى. وبالنظر إلى المستقبل، فإن بناء خلايا صناعية من هذه اللبنات الأساسية يعد أمرا ممكنا.

وبشكل عام، فإن الآلات الجزيئية بحجم النانو باتت واقعا وليس مجرد فرضية بحثية، وقد منحت جائزة نوبل للكيمياء لعام 2016 إلى الفرنسي جان بيار سوفاج والبريطاني ج. فرايرز ستودارت والهولندي برنارد ل. فيرينخا لقدرتهم على بناء جزئيات يمكن التحكم بحركتها وتوجيهها للقيام بمهمة عندما تعطى قدرا من الطاقة.

وقد بدأت بالفعل الأعمال البحثية التي تهدف إلى استخدام تلك الآلات الجزيئية في تطوير أشياء مثل مركبات جديدة لعلاج المرض، وأجهزة استشعار وأنظمة لتخزين الطاقة.