معمل كيميائي بحجم بطاقة الائتمان

ومن خلال استخدام نظام التدفق الصغير بحجم بطاقة الائتمان، الذي تم تطويره في معهد الكيمياء الفيزيائية التابع للأكاديمية البولندية للعلوم، يمكن إجراء عشرات الآلاف من التجارب الكيميائية والكيميائية الحيوية يوميًا. وقد تم بالفعل اختبار الجهاز المبتكر وأثبت مزاياه في الأبحاث حول فعالية مخاليط المضادات الحيوية

قامت مجموعة من الباحثين من معهد الكيمياء الفيزيائية التابع للأكاديمية البولندية للعلوم، بقيادة بيوتر جارستيكي، ببناء نظام تدفق دقيق يسمح بدمج تيارات القطيرات التي تحتوي على عدة محاليل. يتيح النظام الجديد إمكانية تحضير تركيزات المخاليط الدقيقة للتفاعل الكيميائي والتحكم فيها بدقة، ويعمل بشكل أسرع عدة مرات وبكميات أصغر من السائل، من لوحة المعايرة الدقيقة المستخدمة بشكل شائع في مختبرات الأبحاث اليوم. وقال الباحث: "الجهاز الذي طورناه يجعل من الممكن إجراء عشرات الآلاف من التجارب البيوكيميائية كل يوم". وقد يكون لجهاز المختبرات الدقيقة تأثير كبير على طريقة إجراء التجارب في مجالات التركيب الكيميائي والتشخيص الطبي والتكنولوجيا الحيوية.

يعد نظام التدفق الصغير المطور أداة استجابة صغيرة بحجم بطاقة الائتمان. تتم التفاعلات الكيميائية داخل قطرات صغيرة تتحرك عبر قنوات صغيرة مصممة خصيصًا. يتم التحكم في حجم القطرات بواسطة جهاز كمبيوتر وعادة ما تكون بحجم ميكروليتر واحد. يعمل النظام بمعدل يسمح بخلط ثلاث قطرات كل ثانية. علاوة على ذلك، بدلاً من استخدام الصمامات الدقيقة، التي يصعب بناؤها، يستخدم العلماء صمامات كبيرة وغير مكلفة موجودة خارج الجهاز. "إن تقليل جميع المكونات هو ببساطة مسألة غير اقتصادية. إن إخراج الصمامات من النظام المصغر يجعل من الممكن تطوير شريحة بسيطة ورخيصة ويمكن التخلص منها. الحقيقة الأكثر أهمية هي أن التفاعلات الكيميائية نفسها تتم على مقياس ميكرون في ظل ظروف خاضعة للرقابة بدقة،" يلاحظ أحد الباحثين.

إن اختراع الباحثين من بولندا لديه بالفعل القدرة على التأثير على تطوير العديد من المجالات في الكيمياء والطب، وخاصة في فحص المواد. اليوم، يتم إجراء الغربلة باستخدام قوارير ذات عيار صغير - قوارير تحتوي على مئات القضبان التي يتم ملؤها بواسطة جهاز آلي. وفي هذا النوع من الأبحاث تصل تكلفة كل إجابة إلى ثلاثة دولارات، في حين تبلغ تكلفة المشاركين حوالي عشرين سنتًا فقط؛ وتغطي بقية التكلفة صيانة النظام والبنية التحتية الخاصة به. وبما أنه في مشروع نموذجي للعثور على دواء جديد، قد يتراوح عدد المركبات التي يتم اختبارها من عدة مئات إلى عدة ملايين، فقد تصل التكاليف إلى ملايين الدولارات. يؤكد الباحث الرئيسي أن "نظام التدفق الصغير الخاص بنا لا يقلل جميع أنواع التكاليف فحسب، بل إنه يقلل أيضًا بشكل كبير من الوقت اللازم لإجراء البحث".

قد يكون لنظام التدفق الدقيق المبتكر أهمية خاصة في اكتشاف أدوية جديدة، خاصة تلك التي تتضمن عوامل مضادات حيوية متعددة. عادة ما يكون لمخاليط المواد المضادة للمضادات الحيوية تأثير متزايد (تآزري) أو منخفض (معادي)، مقارنة بالتأثير الناتج من كل منها على حدة. ومع ذلك، فإن مثل هذا التأثير المنخفض في مكافحة الكائنات الحية الدقيقة لا يمكن التنبؤ به بسهولة. ويتطلب اكتشاف هذا التأثير تجارب مملة وطويلة. سيكون الجهاز المبتكر قادرًا على تحديد الخلائط الفعالة بسرعة والتي يمكن أن تمنع المشكلة الأساسية في الطب المعاصر - تطوير سلالات بكتيرية مقاومة للأدوية.

سمحت الاختبارات التي أجريت في معهد الكيمياء الفيزيائية للعلماء بإظهار نشاط نظام التدفق الدقيق في ظل ظروف تحاكي تشغيل الغربال الميكانيكي. تم خلط كل قطرة صغيرة مع قطرتين صغيرتين من مواد المضادات الحيوية - الكلورامفينيكول والتتراسيكلين - وتم تغيير حجم كل مادة من المضادات الحيوية بطريقة تدريجية ومنضبطة بحيث يمكن تنظيم التركيز النسبي لكل منها. تُترك القطرات التي تم خلطها في نظام التدفق الدقيق لمدة ثلاث ساعات من أجل احتضان البكتيريا. في الخطوة التالية، تم فحص شدة التلألؤ المنبعثة من العلامات الأيضية وبالتالي يمكن تحديد نسبة المستعمرات البكتيرية النشطة في كل قطرة بسهولة. تمت العملية برمتها بطريقة آلية بالكامل وأظهرت أن الخليط الذي كانت فيه مواد المضادات الحيوية بنسب متساوية كان الأقل فعالية على الإطلاق.

أخبار الدراسة

فيديو