ومن المتوقع أن تظهر الروبوتات النانوية الأولى في بداية العقد المقبل. ماذا سيعرفون كيف يفعلون؟

إن خلايا الدم الحمراء الاصطناعية، وأدوات مساعدة الدماغ، وأنظمة إصلاح الأضرار في الجسم ليست سوى جزء من العلم الجديد

في فيلم الخيال العلمي الكلاسيكي "رحلة رائعة" من عام 1966، يتم نقل مجموعة من العلماء إلى أبعاد مجهرية للإبحار في ما يشبه "غواصة" صغيرة داخل مجرى الدم لعالم في غيبوبة، لاختراق دماغه، السباكين المهرة، إصلاح الإصلاح اللازم. تصغير حجم البشر أمر سخيف تمامًا، لكن فكرة "الغواصة" الصغيرة قد تتحقق

- وأكثر من ذلك.

أحد المنتجات المتوقعة من الأبحاث المتطورة في مجال تقنيات النانو هي "الروبوتات النانوية" الطبية (أو "الروبوتات النانوية"): وهي أدوات صغيرة تتحرك بشكل مستقل داخل الجسم، وتحدد العيوب وتجري عمليات الشفاء، بدءًا من الحقن المتحكم فيه للأدوية في المكان المطلوب بالضبط. للقضاء على الخلايا السرطانية. تتعامل تقنية النانو مع بناء الأجسام من كتل بناء ذات أبعاد نانومترية (واحد على مليون من المليمتر)، أي مجموعات من الجزيئات وحتى الجزيئات أو الذرات الفردية. يشمل نطاق التطبيقات المتوقعة مكونات إلكترونية نانوية متطورة (والتي ستمكن، على سبيل المثال، أجهزة كمبيوتر عملاقة بحجم مكعب السكر)، ومواد ذات قوة. خصائص رائعة وغيرها، وربما ثورة كبيرة في أساليب الإنتاج الصناعي (الحلم البعيد: "مجمعات النانو" - نوع من الروبوتات الصغيرة التي تحلل المواد إلى جزيئات وتصنع منتجات مختلفة منها).

رسم لـ "مضخم خلايا الدماغ": الملايين من الروبوتات النانوية الشبيهة بالأخطبوط

(باللون الأزرق)، يحتوي كل منها على جهاز كمبيوتر ومجموعة ذاكرة، وتتصل بالخلايا العصبية في الدماغ (باللون الوردي) وتشكل شبكة متكاملة

وفي إسرائيل، أُعلن مؤخراً عن إنشاء أربعة مراكز أبحاث خاصة بتقنيات النانو (في جامعة تل أبيب، والتخنيون، والجامعة العبرية، وجامعة بن غوريون في النقب). أحد الاتجاهات المثيرة للاهتمام التي ستتعامل معها هذه المراكز بالتأكيد هو "طب النانو" - وهو تسخير القدرة التكنولوجية النانوية، ربما بالاشتراك مع إنجازات الهندسة الوراثية، في خدمة الطب. ويمكن اعتبار هذا بمثابة الاتجاه المستقبلي لتطوير الهندسة الطبية الحيوية.

يشير البروفيسور شموئيل إيناف، الذي بدأ منذ حوالي 25 عامًا إنشاء تخصص الهندسة الطبية الحيوية في كلية الهندسة بجامعة تل أبيب، إلى أن هذا المجال الهندسي قد فتح مؤخرًا طريقين رائعين، يقعان على خط التماس بين الهندسة وعلم الأحياء: الأنسجة الهندسة وهندسة الخلايا. يقود البروفيسور إيناف جهدًا بحثيًا متعدد المجموعات هدفه فهم العلاقات المتبادلة بين وظيفة الخلايا وتدفق الدم وسلوك جدران الأوعية الدموية والآليات الجزيئية المختلفة، بما في ذلك تكوين الخلايا السرطانية.

يقول إيناف: "من هنا تأتي أهمية الروبوتات النانوية الطبية". "سوف يكتشفون الاضطرابات في بنية الخلية ويتخذون الإجراءات التصحيحية. وفي المستقبل، سيؤدي هذا إلى "الطب النانوي الشخصي" - وهو علاج بالروبوتات النانوية يتكيف مع الخصائص البيولوجية للمريض." وبحسب دراسة أجراها مركز التنبؤ التكنولوجي في جامعة تل أبيب، أجريت مؤخرا لصالح وزارة العلوم، فمن المتوقع ظهور أول "روبوتات نانوية" عملية مع بداية العقد المقبل.

تم اقتراح تصميم أولي للروبوت الطبي النانوي قبل بضع سنوات من قبل روبرت فريتاس، العالم في شركة "Zyvex" الأمريكية، التي تدعي أنها تبني نموذجًا أوليًا لأول "مجمع نانو". روبوت فريتاس النانوي، الذي يسميه "خلية التنفس"، هو في الواقع كرية دم صناعية متطورة، بحجم البكتيريا، مصممة في هيكل بلوري كروي من مادة تشبه الماس، وتعمل كخزان ضغط صغير يحتوي على 9 مليارات جزيء. من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. عندما يتم حقن الحبيبة في مجرى الدم، ستقوم أجهزة الاستشعار الموجودة على سطحها بقياس مستوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم. وبناء على ذلك، سيتم تفعيل مضخات صغيرة بداخله لتأخذ الأكسجين بطريقة محكمة وتطلق ثاني أكسيد الكربون (داخل الرئتين) أو العكس (في أنسجة الجسم).

ستكون الكريات الروبوتية النانوية، وفقًا لفريتاس، أكثر كفاءة بكثير من كريات الدم الطبيعية: حيث ستخزن غازًا أكثر بـ 200 مرة لكل وحدة حجم. ستكون هذه ميزة كبيرة أثناء النوبة القلبية، على سبيل المثال: سيصل الإمداد المنتظم بالأكسجين إلى الأنسجة لمدة تصل إلى 4 ساعات من لحظة توقف القلب عن العمل. ناهيك عن القدرة على الغوص في الماء لمدة 4 ساعات دون الحاجة للتنفس.

هناك نسخة أكثر مستقبلية من الروبوت النانوي الطبي وهو عبارة عن جهاز لإصلاح الخلايا، والذي سيستبدل الكروموسومات التالفة في نواة الخلية بكروموسومات طبيعية (يتم إعدادها مسبقًا من الجينات السليمة للمريض)، مما يسمح للخلية "بإعادة برمجة نفسها" والشفاء. ولكن حتى هذا لا يضع حدًا للخيال الإبداعي لمفكري الطب النانوي المستقبلي. إنهم يتوقعون أجيالًا فائقة التقدم من الروبوتات النانوية، والتي لن تعالج الأمراض فحسب، بل ستوقف أيضًا عمليات شيخوخة الأنسجة؛ المحركات النانوية التي سيتم زرعها في العضلات وتحسين القدرة البدنية، وستتصل أجهزة الكمبيوتر النانوية متعددة الأذرع التي تشبه الأخطبوط بشبكة الخلايا العصبية في الدماغ وتحسن الذاكرة والقدرة على التفكير. إذا صح التعبير، هذا هو المسار التكنولوجي النانوي لخلق "السايبورغ" الشائع في قصص الخيال العلمي: خلق هجين بين الإنسان والحاسوب، والذي يعتبره البعض المرحلة التالية من التطور البشري.

رسم لخلايا الدم الاصطناعية - ربما الجيل الأول من الروبوتات النانوية الطبية - بين خلايا الدم الطبيعية. سيسمح الإطلاق المتحكم به للأكسجين المخزن في الكبسولة بتزويد الأكسجين بشكل منتظم بعد ساعات من الإصابة بنوبة قلبية، وبدلاً من ذلك - ساعات من الغوص دون تنفس

الدكتور هاوبتمان هو باحث كبير في مركز التنبؤ التكنولوجي في جامعة تل أبيب