تكتشف الديدان النانوية السرطان داخل الجسم وتكافحه

طور علماء في الولايات المتحدة "ديدان نانوية" بمقياس نانومتر، قادرة على السباحة في مجرى الدم، واستهداف الأورام، والتهرب من جهاز المناعة في الجسم.

إحدى الرؤى العظيمة لتقنية النانو هي أن اليوم سيأتي عندما نتمكن من حقن الغواصات النانوية في مجرى الدم. وستكون الغواصات النانوية، التي يبلغ حجمها عُشر أو جزء من مائة من حجم الخلية البشرية، قادرة على تحديد موقع الخلايا السرطانية وقتلها بفعالية. في أفلام الخيال العلمي واللوحات الخيالية عن عصر تكنولوجيا النانو، يتخيل الفنانون دائمًا الغواصات النانوية كآلات متطورة تذكرنا بالأقمار الصناعية في الفضاء الخارجي. لها شكل هندسي محدد، وعادة ما تكون مجهزة برادار وأقدام مشط ومراوح وهاتف خلوي وأي أداة ميكانيكية أخرى يطمح الفنان إلى إضافتها إلى الصورة. إن علماء الأحياء والكيميائيين الذين يتعين عليهم اختراع الغواصات النانوية الموجودة اليوم والعمل معها يحبون السخرية من الخيال الجامح لهؤلاء الحرفيين. كانت الغواصات النانوية الأكثر تطوراً حتى الآن مصنوعة من الجسيمات الشحمية - وهي نوع من فقاعات الصابون الصغيرة التي تغير شكلها من لحظة إلى أخرى، ولا تشبه على الإطلاق الغواصات النانوية الموصوفة في الخيال العلمي والفن.

لكن من الممكن أن يكون الفنانون هم من سجلوا هذه المرة. طور علماء من جامعة سان دييغو وجامعة سانتا باربرا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نسخة جديدة من الغواصات النانوية التي تشبه الديدان الصغيرة التي تتلوى عبر مجرى الدم. ولكن لماذا الديدان؟

يوضح مايكل سايلور، رئيس الدراسة وأستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة سان دييغو: "إن آليات الدفاع في الجسم تتعرف على معظم الجسيمات النانوية، وتلتقطها وتزيلها من مجرى الدم في غضون دقائق قليلة". "إن السبب وراء نجاح هذه الديدان في العمل بشكل جيد هو نتيجة للجمع بين شكلها وطلاء البوليمر على سطحها، مما يسمح لها بالتهرب من عمليات الإزالة الطبيعية التلقائية. ونتيجة لذلك، يمكن لديداننا النانوية أن تتحرك حول جسم الفأر لعدة ساعات."

وقام الباحثون بتجميع الديدان النانوية من جزيئات نانوية كروية من أكسيد الحديد، قادرة على الاتصال ببعضها البعض على غرار شرائح الإسهال. وتشكل معًا هياكل صغيرة تشبه الدودة، يبلغ طولها 30 نانومترًا. هذه الديدان أصغر بحوالي ثلاثة ملايين مرة من الديدان العادية. وبما أنها مصنوعة من أكسيد الحديد، فمن السهل تمييزها في أجهزة التصوير الطبي، وخاصة في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي، الذي يستخدم، من بين أمور أخرى، للعثور على الأورام.

كيف تستهدف الديدان النانوية الأورام في الجسم؟ ومن أجل التأكد من وصول الديدان بشكل رئيسي إلى الأورام، قام الباحثون بتغليف الديدان بجزيء فريد قادر على الارتباط بالخلايا السرطانية - وهو بروتين يسمى F3. تم تطوير هذا البروتين في مختبر أركي روسيلاتي، الأستاذ وعالم الأحياء بجامعة سانتا باربرا. ويضمن هذا البروتين قدرة الديدان النانوية على الارتباط بمنطقة الورم على وجه التحديد.

يقول سايلور: "بسبب شكلها المستطيل، يمكن للديدان النانوية أن تحمل العديد من جزيئات F3 التي تلتصق بسطح الورم". "هذا التأثير، من التعاون بين الجزيئات، يحسن قدرة الديدان النانوية على الالتصاق بالورم."

ومن أجل التحقق من قدرة الديدان النانوية على التعرف على الأورام والالتصاق بها، قام العلماء بحقن الديدان في مجرى الدم لدى الفئران المصابة بالأورام، وتابعوا حركتها في الجسم. ووجدوا أن الديدان النانوية تتراكم في الأورام، بل إنها قادرة على البقاء داخل الأورام لمدة تصل إلى 48 ساعة. سمح تراكم الديدان في جسم الفأر للباحثين برؤية موقع الأورام بوضوح. حتى أن الديدان تمكنت من البقاء في مجرى الدم لعدة ساعات، في حين تمت إزالة الجسيمات النانوية الكروية ذات القطر المماثل من الجسم عن طريق الجهاز المناعي.

يقول جي-هو بارك، وهو طالب دراسات عليا في هندسة المواد بجامعة سان دييغو ويعمل في مجال هندسة المواد: "هذه ميزة مهمة، لأنه كلما طالت مدة بقاء الديدان النانوية في الدم، زادت احتمالية إصابة أهدافها - الأورام". معمل سايلور. وكان بارك هو من اكتشف بالصدفة أن الديدان النانوية قادرة على البقاء في مجرى الدم لساعات، على الرغم من حجمها.

وعلى الرغم من أن الباحثين ما زالوا غير متأكدين من سبب قدرة الديدان النانوية على البقاء في الدم أثناء إزالة الكرات النانوية منه، إلا أن بارك يعتقد أن "البنية المرنة أحادية البعد للدودة النانوية قد تكون أحد أسباب عمرها الطويل". في مجرى الدم".

وعلى الرغم من النتائج الجيدة، فمن الواضح أنه لا يزال هناك مجال للتحسين في التخطيط الحالي. تميل الديدان النانوية أيضًا إلى التراكم إلى حد كبير في الكبد، ولهذا السبب لا يمكن أن تكون الناقل الأمثل للسموم المضادة للسرطان في هذه المرحلة من البحث. ومن أجل التعامل مع هذه المشكلة، من بين أمور أخرى، يعمل الباحثون حاليًا على طرق جديدة لربط جزيئات مختلفة بالديدان النانوية، مما سيسمح لهم بأن يكونوا أكثر انتقائية بشأن الأعضاء التي "يختارون" الوصول إليها.

"نحن الآن نستخدم الديدان النانوية لتجميع الجيل القادم من الأجهزة النانوية الذكية القادرة على التركيز على الأورام،" يلخص روسلاتي البحث ويضيف: "نأمل أن تعمل هذه الأجهزة على تحسين التصوير التشخيصي للسرطان، وتمكين مستهدف ودقيق علاج الأورام السرطانية."

الباحثون الآخرون الذين شاركوا في بحث وتطوير الديدان النانوية هم مايكل شوارتز من جامعة سان دييغو، وسانجيتا بهاتيا، الطبيب والمهندس الحيوي وأستاذ العلوم الصحية، وجيفري فون مالتزان من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وليانجلين تشانغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. جامعة سانتا باربرا.

للحصول على معلومات على الموقع الإلكتروني لجامعة كاليفورنيا في سان دييغو