يبحث الباحثون في مجال تكنولوجيا النانو الحيوية عن طرق لتمكين الأنظمة الاصطناعية من السيطرة على الأنشطة الخلوية البسيطة عندما تكون معيبة
عندما لا تعود الخلايا قادرة على أداء المهام التي يطلبها جسمنا منها، تكون النتيجة المرض. سوف يبحث الباحثون في مجال تكنولوجيا النانو الحيوية عن طرق لتمكين الأنظمة الاصطناعية من السيطرة على الأنشطة الخلوية البسيطة عندما تكون معيبة. ويتطلب ذلك أنظمة نقل قادرة على احتواء المخدرات والمواد الأخرى وإطلاقها بطريقة خاضعة للرقابة في اللحظة والمكان المناسبين.
يجب أن يكون نظام النقل قادرًا على الاستجابة لبيئته الخارجية حتى يتمكن من استقبال الإشارة لتفريغ "البضائع" الخاصة به. قام فريق بحث بقيادة فرانك كاروسو من جامعة ملبورن في أستراليا بتطوير حاوية صغيرة قادرة على تخزين الآلاف من "وحدات الشحن" الفردية المعروفة باسم "الجسيم القفصي". تتكون هذه من كبسولات بوليمرية تم دمج الجسيمات الشحمية فيها (الجسيمات الشحمية، الإدخال في ويكيبيديا) لإنشاء أقسام فرعية.
اليوم، النوع الرئيسي من الناقلات النانوية المستخدمة في مجال المستحضرات الصيدلانية هو الكبسولة: تشكل كبسولات البوليمر حاويات مستقرة شبه منفذة وتسمح بالاتصال مع الوسط المحيط. ومع ذلك، فإن هذه الأنواع ليست مناسبة لنقل الكلاب الصغيرة لأنها تتمكن من الهروب من المحتويات. تعتبر الجسيمات الشحمية مناسبة لتربية الكلاب الطبية الصغيرة؛ ومع ذلك، فهي غالبا ما تكون غير مستقرة وغير قابلة للاختراق. وقد قام الباحثون الأستراليون الآن بدمج مزايا هذين النظامين في نظام واحد حديث يسمى الكابسوزومات.
يتم إنتاج هذه الأنظمة على عدة مراحل. أولاً، يتم امتصاص طبقة من البوليمرات فوق كرات السيليكا الصغيرة. تحتوي هذه البوليمرات على وحدات هيكلية ترتبط بها أجزاء الكولسترول. يمكن للجسيمات الشحمية، التي تخزن الإنزيمات بداخلها، أن تثبت بأمان بوحدات الكوليسترول وبالتالي ترتبط بطبقة البوليمر. بعد ذلك، تتم إضافة المزيد من طبقات البوليمرات ثم يتم ربطها عبر جسور ثاني كبريتيد لتشكيل مادة هلامية باستخدام تفاعلات ربط متقاطع دقيقة للغاية تم تطويرها خصيصًا لهذا الغرض. في الخطوة الأخيرة، تتم إزالة نواة السيليكا عن طريق الأكل دون الإضرار بالشحنة المهمة.
وأظهرت التجارب على الإنزيمات، كنموذج لشحنة مهمة، أن الجسيمات الشحمية ظلت سليمة وأن الشحنة لم تتسرب. أدت إضافة المنظف إلى إطلاق الإنزيم في شكله النشط. ومن خلال تفعيل التفاعل الأنزيمي الذي يتسبب في تغير لون المحلول، أمكن تحديد عدد مكونات الليبوزوم في كل وحدة كبسولة بوليمرية، حوالي ثمانية آلاف.
يقول أحد الباحثين المشاركين في الدراسة: "نظرًا لأن الكابسوزومات قابلة للتحلل وغير سامة، فمن الممكن أيضًا أن تكون مناسبة للاستخدام كعضيات للخلايا الاصطناعية وكأنظمة لتوصيل الأدوية". بالإضافة إلى ذلك، يعتزم الباحثون تغليف الجسيمات الشحمية المملوءة بمزيج من الإنزيمات المختلفة معًا وتزويدها بـ "ملاجئ" فريدة من نوعها تسمح بالإفراج المتحكم فيه عن كل إنزيم على حدة في المكان والوقت المطلوبين. ستجعل هذه الحقيقة أيضًا من الممكن استخدام سلسلة من التفاعلات الأنزيمية لعمليات تحفيزية مختلفة.
