المستقبل موجود بالفعل: غواصات نانوية هجينة للكشف عن الخلايا السرطانية وقتلها

أدى التعاون بين الجامعات في الولايات المتحدة إلى إنشاء غواصات نانوية هجينة جديدة قادرة على تحديد الخلايا السرطانية وقتلها، ووسمها بحبيبات الحديد لفحصها بالرنين المغناطيسي وجزيئات الفوسفور للعمليات الجراحية.

تستيقظ ذات صباح وتذهب إلى الطبيب لإجراء فحصك الروتيني السنوي. يقوم بفحص وزنك، ونبضك، وضغط دمك، ومستوى الكوليسترول في الدم، وأخيراً يحقنك بأمبولة صغيرة مليئة بمليارات من الغواصات النانوية الصغيرة. وتنتشر الغواصات النانوية في مجرى الدم وتبحث عن الأورام والخلايا السرطانية. وعندما يجدونها يتشبثون بها ويخترقونها ويطلقون سمًا قاتلًا داخل الزنزانة.

للتأكد من نجاح العلاج، يقوم الطبيب بإجراء تصوير بالرنين المغناطيسي السريع. بالإضافة إلى السم الذي تحتويه، تحمل الغواصات النانوية أيضًا حبيبات حديد ممغنطة تظهر في التصوير بالرنين المغناطيسي وتشير إلى موقعها في الجسم، حيث ارتبطت بالخلايا السرطانية. يُظهر التصوير بالرنين المغناطيسي العديد من الأورام التي كانت كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تدميرها بواسطة الغواصات النانوية وحدها. ليس هناك خيار: يجب تحليل الورم وإزالته من الجسم. ولكن حتى هذه العملية، التي تتطلب عادة طبيب أورام خبير، تصبح بسيطة للغاية بفضل الغواصات النانوية. تحتوي كل من الغواصات الصغيرة أيضًا على جزيئات الفوسفور، بالإضافة إلى السم وحبيبات الحديد. ويستخدم الطبيب نظارات خاصة تتيح له رؤية الورم المتوهج باللون البرتقالي داخل الجسم، ويقوم بإزالته أو حرقه بالليزر دون أن يترك ولو خلية سرطانية حية واحدة في الجسم.

ووفقا لكل التقدم في مجال طب النانو، فلا شك أن المستقبل الموصوف يقترب منا بخطوات عملاقة. لقد تم بالفعل وصف أنواع مختلفة من الغواصات النانوية في الماضي، بما في ذلك "الديدان النانوية" الحديدية التي تحدد الأورام وتحددها لفحصها بالرنين المغناطيسي، والغواصات النانوية التي تحتوي على سم يقتل الأورام وحتى الغواصات النانوية التي تتوهج في الظلام. الآن، في دراسة مشتركة من جامعة كاليفورنيا سان دييغو وسانتا باربرا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تم دمج كل هذه الميزات معًا لإنشاء غواصة نانوية قادرة على القيام بكل شيء في وقت واحد: الالتصاق بالورم، وإفراز مادة سامة في بيئتها. ووضع علامة عليها للكشف عنها بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي وإزالتها من الجسم عن طريق التألق (الفوسفور).

يقول مايكل سايلور، أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: "تجمع الفكرة بين عوامل التصوير والأدوية في "السفينة الأم" الواقية التي تتجنب العمليات الطبيعية [في الجسم] التي من شأنها القضاء على هذه العوامل إذا لم تكن محمية". . ترأس سايلور مجموعة من الكيميائيين وعلماء الأحياء والمهندسين الذين حولوا الفكرة غير العادية إلى حقيقة. "يبلغ قطر الأوعية الأم 50 نانومتر فقط - أي أصغر بـ 1,000 مرة من قطر شعرة الإنسان. وهي مجهزة بمجموعة من الجزيئات الموجودة على سطحها، مما يسمح لها باكتشاف واختراق الخلايا السرطانية في الجسم."
تتكون "قشرة" الغواصات النانوية من الدهون - وهي جزيئات دهنية تشكل سطح جميع خلايا الجسم. وتم تعديل الدهون في هذه الدراسة بشكل خاص، مما سمح للغواصات بالانجراف في مجرى الدم لعدة ساعات قبل التخلص منها، كما ظهر في سلسلة من التجارب على الفئران. وتحظى قدرة الغواصات على الإفلات من أجهزة المناعة في الجسم بأهمية خاصة، لأنها تسمح لها باستيراد الأدوية بتركيزات عالية وبمرور الوقت إلى الخلايا السرطانية.

تشرح سانجيتا بهاتيا، الطبيبة والهندسة الحيوية وأستاذة العلوم الصحية والتكنولوجيا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أن "العديد من الأدوية تبدو واعدة في المختبر، لكنها تفشل عند البشر لأنها لا تصل إلى الأنسجة المريضة في الوقت المناسب، أو بتركيزات عالية كافية". الذي لعب دورًا رئيسيًا في تطوير الغواصات النانوية في مختبره. "هذه الأدوية ليس لديها القدرة على التهرب من دفاعات الجسم الطبيعية أو التفريق بين الخلايا المستهدفة والأنسجة السليمة. بالإضافة إلى ذلك، نحن نفتقر إلى الأدوات اللازمة لتشخيص الأمراض، مثل السرطان، في المراحل الأولى من تطورها، عندما تكون الأدوية فعالة بشكل خاص.

لتحسين توصيل الدواء إلى الخلايا السرطانية فقط، يتم ربط بروتين يسمى F3 بسطح الغواصات. يتعرف هذا البروتين، الذي تم تصميمه في مختبر أركي روسيلاتي، على الخلايا السرطانية ويرتبط بها وينقل إلى نواتها مع الغواصة. وهذا البروتين هو الجيل الأول فقط من البروتينات التي تحدد الأورام وتمكن من علاجها بشكل فعال.

يقول روسلاتي، الأستاذ وعالم الأحياء في مركز بورنهام للأبحاث الطبية بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا: "نحن نقوم الآن بتجميع الجيل القادم من الأجهزة النانوية للكشف الذكي عن الأورام". "نأمل أن تعمل هذه الأجهزة على تحسين التصوير التشخيصي للسرطان وتسمح بالاستهداف الدقيق لعلاجات الأورام السرطانية."

تم تحميل الغواصات بثلاثة أنواع مختلفة من البضائع قبل حقنها في الفئران. اثنتان من الحمولات عبارة عن جسيمات نانوية من أنواع مختلفة: حبيبات أكسيد الحديد فائقة المغنطيسية، والنقاط الكمومية الفسفورية. الشحنة الثالثة هي دوكسوروبيسين، وهو دواء مضاد للسرطان. تتيح جزيئات الحديد النانوية اكتشاف الغواصات في التصوير بالرنين المغناطيسي، بينما يمكن اكتشاف النقاط الكمومية باستخدام الماسح الضوئي الفلوريسنت.
يقول سايلور: "توفر الصورة الفلورية دقة أعلى من التصوير بالرنين المغناطيسي". "يمكن للمرء أن يتخيل الجراح يقوم بفحص الموقع الدقيق للورم في الجسم قبل الجراحة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، ثم استخدام التصوير الفلوريسنت للعثور على جميع أجزاء الورم وإزالتها أثناء الجراحة."
واكتشف أعضاء المجموعة البحثية لدهشتهم أن سفينة أم واحدة يمكنها أن تحمل عدة حبيبات من أكسيد الحديد، مما يزيد من سطوعها في صورة التصوير بالرنين المغناطيسي. على الرغم من وجود أنظمة نانوية هجينة قادرة بالفعل على حمل أنواع مختلفة من الجسيمات النانوية، إلا أنه لم يتم إجراء سوى عدد قليل جدًا من التجارب باستخدام الغواصات النانوية الهجينة على الكائنات الحية.

يقول جي هو بارك، طالب الدكتوراه في مختبر سايلور والذي شارك في الدراسة: "تقدم هذه الدراسة المثال الأول لمادة نانومترية واحدة قادرة على توصيل الأدوية وتمكين التصوير متعدد الأوضاع للأنسجة المريضة في الحيوان". ويعمل الباحثون الآن على طلاء الغواصات النانوية بجزيئات التعرف الكيميائي، مما سيسمح لها بالوصول إلى أورام وأنسجة وأعضاء معينة في الجسم.

للحصول على معلومات على الموقع الإلكتروني لجامعة كاليفورنيا في سان دييغو

على موقع العلوم:

• الرحلة العجيبة لجسم الإنسان
• تكنولوجيا النانو – نظرة نحو المستقبل