إن البنية النانوية المعدنية الجديدة، التي طورها باحثون من جامعة كاليفورنيا (سانتا كروز)، تظهر بالفعل الأمل في تجربتهم لعلاج السرطان ويمكن استخدامها في المستقبل لأجهزة الاستشعار الكيميائية والبيولوجية وفي تطبيقات أخرى.
يتمتع الغلاف النانوي الذهبي المجوف، الذي تم تطويره في مختبر جين تشانغ، أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية بجامعة UCSC، بمجموعة من الخصائص الفريدة، بما في ذلك: امتصاص قوي وضيق وقابل للضبط للضوء. ويعمل الباحث بالتعاون مع باحثين من جامعة تكساس، الذين استخدموا بالفعل هذه الهياكل النانوية الجديدة لتوجيه المواد المضادة للسرطان إلى مواقع الأورام في مجال يسمى "علاج السرطان بالحرارة الضوئية". وقد أبلغوا عن نتائج جيدة من الدراسات قبل السريرية التي أجروها في وقت سابق من هذا العام والتي نشرت في مجلة أبحاث السرطان السريرية.
ومن المقرر أن يصف الباحث الرئيسي أبحاثه وأبحاث مجموعته حول جسيمات الذهب النانوية المجوفة في محاضرة يلقيها في الاجتماع السنوي للجمعية الكيميائية الأمريكية في سولت ليك سيتي.
يقول الباحث الرئيسي: "إن العوامل التي تجعل هذا الهيكل طلاءًا خاصًا هي مزيج من الشكل الكروي والحجم الصغير والامتصاص القوي للضوء في الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء". "إن المدخول ليس قويًا فحسب، بل أيضًا ضيق وقابل للتعديل. وكل هذه الخصائص مهمة لعلاج الأورام السرطانية”.
وتمكن الباحثون من التحكم في تحضير جسيمات الذهب النانوية المجوفة لتكوين جزيئات ذات خصائص وحجم بصري متسق. يمكن تحضير الكرات بأحجام تتراوح بين 70-20 نانومتر في القطر، وهو مثالي للتطبيقات البيولوجية التي تتطلب إدخال الجزيئات إلى داخل الخلايا الحية. يمكن تعديل الخصائص البصرية عن طريق التغيرات في حجم الجسيم وسمك جدرانه.
وفي تجارب ضد السرطان، بقيادة تشون لي، قام الباحثون بربط ببتيد قصير بالجسيمات النانوية التي تسمح للجسيم بالارتباط بالخلايا السرطانية. بعد حقن الجسيمات النانوية في الفئران المصابة بسرطان الجلد الخبيث (الورم الميلانيني)، قام الباحثون بتشعيع مناطق الورم بالأشعة تحت الحمراء القريبة باستخدام الليزر أثناء تسخين جزيئات الذهب النانوية والقضاء على الخلايا السرطانية التي ترتبط بها هذه الجسيمات.
وعلى الرغم من هذا النجاح، فإن مجال علاج السرطان لم يكن الهدف الأول للباحث الرئيسي عندما بدأ مختبره العمل منذ عدة سنوات في موضوع تحضير وتوصيف جزيئات الذهب النانوية المجوفة. قامت المجموعة بفحص مجموعة واسعة من الهياكل النانوية المعدنية من أجل تحسين خصائصها وهذا في مجال "تشتت رامان المعزز السطح" (SERS). إنها طريقة بصرية قوية تستخدم للكشف الحساس عن الجزيئات البيولوجية والتطبيقات الأخرى. حاول أحد طلاب الباحث تكرار عمل نشره باحثون صينيون حول هذا الموضوع في عام 2005. وفي هذه العملية، نجح في إتقان تحضير جسيمات الذهب النانوية المجوفة ثم أظهر نشاطها ووصفه في SERS.
"في هذه العملية، من الممكن إنتاج جسيمات نانوية نشطة SERS تكون أصغر بكثير من هياكل الجسيمات النانوية النموذجية الأخرى المستخدمة في هذا المجال، ويمكن استخدامها كمكونات استشعار يمكن إدخالها بسهولة أكبر في داخل الخلايا لإجراء قياسات محلية داخل الخلايا. " يشرح الباحث.
بدأ التعاون مع الباحث لي عندما استمع تشانغ إلى محاضرته في مؤتمر حول استخدام الجسيمات النانوية الصلبة لعلاج السرطان بالحرارة الضوئية. لاحظ تشانغ على الفور مزايا جزيئات الذهب النانوية المجوفة لهذه الطريقة. يستخدم لي الأشعة تحت الحمراء القريبة في عمليته لأنه يوفر اختراقًا جيدًا للأنسجة. ومع ذلك، فإن جزيئات الذهب الصلبة النانوية التي استخدمها لم تمتص الإشعاع في هذا النطاق بشكل فعال. أخبر الباحث تشانغ الباحث لي أنه كان قادرًا على صنع كرات نانوية ذهبية مجوفة تمتص الإشعاع بشكل أكثر فعالية عند الطول الموجي المنبعث من الليزر (800 نانومتر).
يوضح الباحث الرئيسي: "تعتمد الحرارة المحلية التي تدمر الخلايا السرطانية على الإشعاع الذي تمتصه الجسيمات النانوية المعدنية، لذا فإن امتصاص الإشعاع بشكل أكثر كفاءة يعني عملية أكثر كفاءة وانتقائية". "كانت جزيئات الذهب النانوية المجوفة الجديدة أكثر كفاءة بخمسين مرة من جزيئات الذهب الصلبة النانوية المستخدمة سابقًا في امتصاص الأشعة تحت الحمراء القريبة."
بدأت مجموعة البحث في فحص بنى نانوية أخرى يمكن تحضيرها بنفس الطريقة. على سبيل المثال، قام أحد الباحثين في المجموعة بإعداد هياكل نانوية مجوفة ذات غلاف مزدوج يتكون من الذهب والفضة، والتي أظهرت نشاط SERS معززًا مقارنة بالكرات النانوية الذهبية المجوفة. يقول الباحث إن القدرة على ضبط الخصائص البصرية لطبقات النانو الجديدة تجعلها متعددة الاستخدامات. ويضيف: "هذا هيكل فريد من نوعه يوفر مزايا واضحة مقارنة بالهياكل النانوية الأخرى، لذا فهو يتمتع بإمكانات مستقبلية كبيرة".
