أجهزة الاستشعار النانوية المعتمدة على الحمض النووي لتشخيص السرطان وعلاجه

يمكن استخدام أجهزة استشعار مكونة من جزيئات الحمض النووي في علاجات السرطان الشخصية ومراقبة جودة الخلايا الجذعية - هذا على حد تعبير فريق دولي من الباحثين بقيادة علماء من جامعة أمريكية وإيطالية

يمكن استخدام أجهزة استشعار مكونة من جزيئات الحمض النووي في علاجات السرطان الشخصية ومراقبة جودة الخلايا الجذعية، وذلك بحسب كلام فريق دولي من الباحثين بقيادة علماء من جامعة أمريكية وإيطالية.

أجهزة الاستشعار النانوية المبتكرة قادرة على تحديد موقع مجموعة واسعة من البروتينات بسرعة تسمى عوامل النسخ، والتي تعمل كمفاتيح التحكم الرئيسية في الحياة. ونشرت نتائج الدراسة الجديدة في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society.

وقال ألكسيس فالي-بيليسل، الباحث من قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، الذي قاد الدراسة: "إن مصير خلايانا يتم التحكم فيه بواسطة آلاف البروتينات المختلفة، التي تسمى بروتينات النسخ". "إن دور هذه البروتينات هو قراءة الجينوم وترجمته إلى تعليمات لتركيب الجزيئات المختلفة التي تشكل وتتحكم في نشاط الخلية. تعمل عوامل النسخ كمفاتيح لخلايانا، على غرار المفاتيح الموجودة في هواتفنا المحمولة وأجهزة الكمبيوتر لدينا. ما تفعله أجهزة الاستشعار لدينا هو قراءة هذه المفاتيح."

عندما يحول العلماء الخلايا الجذعية إلى خلايا ذات تخصص محدد، فإنهم يفعلون ذلك عن طريق تغيير تركيز العديد من عوامل النسخ، كما يوضح أحد الباحثين. تُعرف هذه العملية بإعادة برمجة الخلايا. ويشير الباحث إلى أن "أجهزة الاستشعار لدينا تراقب نشاط عوامل النسخ، ويمكن استخدامها للتأكد من إعادة برمجة الخلايا الجذعية بشكل صحيح". "يمكن استخدامها أيضًا لتحديد عوامل النسخ التي تم تنشيطها أو قمعها في الخلايا السرطانية لأي مريض، مما يسمح للأطباء باستخدام المجموعة المناسبة من الأدوية لكل مريض".

لاحظ الباحثون أن العديد من المختبرات قد اختبرت طرقًا لقراءة عوامل النسخ؛ ومع ذلك، فإن النهج الذي يتبعه فريق البحث هذا سريع ومريح للغاية. ويشير الباحث إلى أنه "في معظم المختبرات، يقضي الباحثون ساعات في استخراج هذه البروتينات من الخلايا قبل اختبارها". "باستخدام مجساتنا الجديدة، نقوم ببساطة بسحق الخلايا، وإدخال مجساتنا في هذا الخليط، وقياس مستوى التألق في العينة."

بدأ البحث عندما أدرك أحد الباحثين أن جميع المعلومات اللازمة للكشف عن نشاط عوامل النسخ مشفرة بالفعل في الجينوم البشري، ويمكن استخدامها لتطوير أجهزة الاستشعار. يوضح الباحث: "أثناء تنشيط المستشعر، ترتبط الآلاف من هذه العوامل المختلفة بتسلسلات الحمض النووي التي تتوافق معها بطريقة انتقائية". "لقد استخدمنا هذه التسلسلات كنقطة انطلاق لبناء أجهزة الاستشعار النانوية المبتكرة لدينا."

جاء الاختراق وراء هذه التكنولوجيا من الدراسات حول أجهزة الاستشعار الحيوية الطبيعية الموجودة في الخلايا نفسها. يوضح الباحث: "تراقب جميع الكائنات الحية، من البكتيريا إلى البشر، ظروفها البيئية باستخدام "المفاتيح الجزيئية الحيوية" - وهي جزيئات متغيرة الشكل مكونة من الحمض النووي الريبي (RNA) أو البروتينات". "على سبيل المثال، في جيوبنا الأنفية، هناك ملايين من بروتينات المستقبلات التي تحدد موقع جزيئات الرائحة المختلفة عن طريق التحول من حالة "الإيقاف" إلى حالة "التشغيل". إن جمال هذه المفاتيح هو أنها صغيرة بما يكفي للعمل داخل الخلية، وانتقائية بما يكفي للعمل في البيئات المعقدة للغاية الموجودة هناك." أثناء تلقي الإلهام من كفاءة مستشعرات النانو الطبيعية هذه، بدأت مجموعة البحث في بناء مستشعرات نانوية للإشارة الاصطناعية باستخدام جزيئات الحمض النووي، بدلاً من جزيئات البروتين أو الحمض النووي الريبي (RNA).

وبشكل أكثر تحديدًا، أعاد الفريق هندسة ثلاثة تسلسلات طبيعية من الحمض النووي، كل منها يتعرف على عامل نسخ مختلف، إلى مفاتيح جزيئية تصبح متألقة عندما ترتبط بأهدافها المقصودة. وباستخدام أجهزة الاستشعار النانومترية هذه، تمكن الباحثون من تحديد نشاط كل من عوامل النسخ هذه مباشرة من مستخلصات الخلايا ببساطة عن طريق قياس مستوى التألق الخاص بها.

ويعتقد الباحثون أن نهجهم سيسمح في النهاية لعلماء الأحياء بمراقبة نشاط الآلاف من عوامل النسخ، مما سيؤدي إلى فهم أفضل للآليات الكامنة وراء انقسام الخلايا وتطورها. "بدلاً من ذلك، بما أن أجهزة الاستشعار النانوية هذه تعمل مباشرة في العينات البيولوجية، فإننا نعتقد أيضًا أنه يمكن استخدامها لفرز واختبار الأدوية الجديدة التي يمكن، على سبيل المثال، تثبيط نشاط الارتباط الذي ينشط بواسطة عامل النسخ المسؤول عن نمو الخلايا السرطانية." يضيف الباحث.
أخبار الدراسة